CN106783492A - 一种磁透镜及激励电流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁透镜，所述磁透镜包括：导磁壳体、激励线圈和电源控制系统；其中，所述导磁壳体，在所述激励线圈的外部包围所述激励线圈；所述激励线圈由绞合线缠绕而形成；所述电源控制系统，用于对所述激励线圈供电，控制所述激励线圈的电流方向及电流大小。本发明实施例还公开了一种控制所述磁透镜的方法。通过本发明实施例，能够在改变所述磁透镜聚焦特性的同时，保持所述磁透镜具有均匀恒定的热损耗功率。

Description

一种磁透镜及激励电流控制方法
技术领域
本发明涉及带电粒子束显微镜领域，尤其涉及一种磁透镜及激励电流控制方法。
背景技术
对于电磁透镜，通常是通过改变激励线圈中的电流来改变电磁透镜的聚焦特性；但是，由于激励线圈具有一定的电阻，因此，在激励线圈中的电流发生改变时，电磁透镜的温度也发生变化；温度的变化会导致导磁壳体和透镜极靴等结构的热变形和导磁材料的磁导率发生变化，进而影响电磁透镜的磁场分布，如：磁透镜结构的热变形会导致磁场分布不均匀，导磁材料的磁导率的变化会影响磁场强度的大小等。
为了控制电磁透镜因发热引起的温度变化，第一种解决方案是使用水冷装置对磁透镜进行温度控制，但是水冷控制并不能从根本上解决发热功率的变化，而且调节精度有限。第二种解决方案是采用双激励线圈的磁透镜或多激励线圈的磁透镜，但是，两个或多个激励线圈间不仅各自的热损耗功率不尽相同，而且，两个或多个线圈之间还存在热交换，需要一定的时间才能达到热平衡，容易引起磁透镜的温度波动。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种磁透镜和控制磁透镜特性的方法，能够在改变磁透镜的磁场强度的同时，保持所述磁透镜内部的激励线圈的热功率不变。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种磁透镜，所述磁透镜包括：导磁壳体、激励线圈和电源控制系统；其中，所述导磁壳体，在所述激励线圈的外部包围所述激励线圈；
所述激励线圈由绞合线缠绕而形成；
所述电源控制系统，用于对所述激励线圈供电，控制所述激励线圈的电流方向及电流大小。
上述方案中，所述绞合线包括第一组单线和第二组单线；其中，
所述第一组单线的数量与所述第二组单线的数量相同，且所述第一组单线的数量和所述第二组单线的数量均为大于1的正整数。
上述方案中，所述电源控制系统包括：第一电源控制器和第二电源控制器；其中，
所述第一电源控制器，用于对所述第一组单线供电，控制所述第一组单线具有相同的电流方向及控制所述第一组单线的电流大小；
所述第二电源控制器，用于对所述第二组单线供电，控制所述第二组单线具有相反的电流方向及控制所述第二组单线的电流大小。
上述方案中，所述第一电源控制器和所述第二电源控制器的数量均为一个或多个。
本发明实施例还提供一种控制磁透镜特性的方法，所述磁透镜的激励线圈由绞合线缠绕而形成，所述方法包括：
利用磁透镜中的电源控制系统对所述激励线圈供电，并控制所述激励线圈的电流方向及电流大小，以改变所述磁透镜的磁场强度及保持所述激励线圈的热功率不变。
上述方案中，所述绞合线包括第一组单线和第二组单线；其中，
所述第一组单线的数量与所述第二组单线的数量相同，且所述第一组单线的数量和所述第二组单线的数量均为大于1的正整数。
上述方案中，所述电源控制系统包括：第一电源控制器和第二电源控制器；所述利用磁透镜中的电源控制系统控制对所述激励线圈供电，并控制所述激励线圈的电流大小，包括：
利用所述第一电源控制器对所述第一组单线供电，控制所述第一组单线具有相同的电流方向及控制所述第一组单线的电流大小，以改变所述磁透镜的磁场强度；
利用所述第二电源控制器对所述第二组单线供电，控制所述第二组单线具有相反的电流方向及控制所述第二组单线的电流大小，以保持所述激励线圈的热功率不变。
上述方案中，所述第一电源控制器和所述第二电源控制器的数量均为一个或多个。
本发明实施例所提供的磁透镜及控制磁透镜特性的方法，所述磁透镜的激励线圈由绞合线缠绕而形成，利用磁透镜中的电源控制系统对所述激励线圈供电，并控制所述激励线圈的电流方向和电流大小；所述绞合线包括数量相同的第一组单线和第二组单线；通过控制第一组单线的电流大小及控制第一组单线具有相同的电流方向来改变所述磁透镜的磁场强度；通过控制第二组单线具有相反的电流方向以保持所述激励线圈的热功率不变；如此，能够在改变磁透镜的磁场强度的同时，保持所述磁透镜内部的激励线圈的热功率不变。
附图说明
图1为本发明实施例一磁透镜的组成结构示意图；
图2为本发明实施例绞合线的示意图；
图3为本发明实施例单线的排列方式和电流方向示意图；
图4为本发明实施例磁透镜中激励线圈的截面示意图；
图5为本发明实施一种控制绞合线参数的示意图；
图6为本发明实施例I1和I2的关系曲线示意图；
图7为本发明实施例另一种控制绞合线参数的示意图；
图8为本发明实施例IA和IB的关系曲线示意图；
图9为本发明实施例控制磁透镜特性的方法的处理流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明实施例，下面对电磁透镜进行简单的说明。
使用电流激励的磁透镜称为电磁透镜，其广泛应用于对带电粒子进行聚焦的设备中，如：扫描电子显微镜、透射电子显微镜、聚焦粒子束等；电流激励的磁透镜通常由高磁导率的导磁壳体、激励线圈和电源控制系统等构成，与恒磁体构成的恒磁透镜相比，电磁透镜的优势在于能够通过控制激励电流来改变电磁透镜的聚焦特性。
磁透镜对带电粒子束的聚焦特性是由磁透镜中的磁场强度和磁场分布共同决定的，即带电粒子束经过磁透镜聚焦后的束斑大小和聚焦位置与磁透镜中磁场强度和磁场分布密切相关；电磁透镜中的磁场强度及其分布的决定因素包括：激励线圈中电流的大小、导磁壳体的形状和导磁材料的磁导率，三者中的任意一个发生改变时，都会对电磁透镜中的磁场强度和磁场分布产生影响，进而影响电磁透镜的聚焦特性。
以下根据说明书附图以及实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一
本发明实施例一提供一种磁透镜，所述磁透镜的组成结构，如图1所示，包括：导磁壳体10、激励线圈20和电源控制系统30；其中，
所述导磁壳体10，在所述激励线圈20的外部，包围所述激励线圈20；
所述激励线圈20由绞合线缠绕而形成；
所述电源控制系统30，用于对所述激励线圈20供电，控制所述激励线圈20的电流方向及电流大小。
在一具体实施方式中，所述绞合线由多条单线构成，因此，将所述绞合线分为第一组单线和第二组单线，其中，所述第一组单线的数量与所述第二组单线的数量相同，且所述第一组单线的数量和所述第二组单线的数量均为大于1的正整数。
以构成所述绞合线的单线数量是4为例，所述绞合线的示意图，如图2所示，所述第一组单线的数量为2，用黑色表示；所述第二组单线的数量也为2，用白色表示。
在一具体实施方式中，所述电源控制系统30包括第一电源控制器3001和第二电源控制器3002；其中，所述第一电源控制器3001，用于对所述第一组单线供电，并控制所述第一组单线具有相同的电流方向及控制所述第一组单线的电流大小，以改变所述磁透镜的磁场强度。
在所述第二组单线的数量为偶数时，所述第二电源控制器3002，用于对所述第二组单线供电，控制所述第二组单线具有相反的电流方向；由于第二组单线具有相反的电流方向，因此，能够通过控制第二组单线中的电流大小使得第二组单线产生的磁场为零，即不改变磁透镜的磁场强度；第二组单线仅用于补偿第一组单线的发热功率，使得绞合线始终具有恒定的发热功率，不会由于第一组单线电流的改变而引起磁透镜温度的波动。
这里，所述第一电源控制器3001的数量为一个或多个，所述第二电源控制器3002的数量为一个或多个。
在所述第二组单线的数量为奇数时，所述第二电源控制器3002，用于对所述第二组单线供电，除了用于控制所述第二组单线具有相反的电流方向外，还用于控制所述第二组单线的电流大小，使电流方向为正的所有单线的电流大小之和与电流方向为负的所有单线的电流大小之和相等，以确保所述第二组单线的电流大小不对所述磁透镜的磁场强度产生影响。
在一具体实施例中，构成绞合线的第一组单线和第二组单线的排列方式和电流方向示意图，如图3所示；其中，图3A中第一组单线的两条单线呈对角线方向排列，且两条单线的电流方向相同，第二组单线的两条单线也呈对角线方向排列，且两条单线的电流方向相反。图3B中第一组单线的两条单线平行排列，且两条单线的电流方向相同，第二组单线的两条单线也平行排列，且两条单线的电流方向相反。图3C中第一组单线的三条单线并列放置，且三条单线的电流方向相同，第二组单线的三条单线并列放置，且其中两条单线的电流方向相同，一条单线的电流方向相反；此时，需确保第二组单线中具有相同电流方向的两条单线的电流大小之和与另一条具有相反电流方向的单线的电流大小相等，以使所述第二组单线的电流大小不改变所述磁透镜的磁场强度；仅用于补偿第一组单线的发热功率，使得绞合线始终具有恒定的发热功率，不会由于第一组单线电流的改变而引起磁透镜温度的波动。图3D中第一组单线和第二组单线中单线的数据均为三条，第一组单线中的各单线与第二组单线中的各单线交叉排列，其中，第一组单线中各单线的电流方向相同，第二组单线中两条单线的电流方向相同，一条单线的电流方向相反；此时，需确保第二组单线中具有相同电流方向的两条单线的电流大小之和与另一条具有相反电流方向的单线的电流大小相等，以使所述第二组单线的电流大小不改变所述磁透镜的磁场强度；仅用于补偿第一组单线的发热功率，使得绞合线始终具有恒定的发热功率，不会由于第一组单线电流的改变而引起磁透镜温度的波动；当然，本发明实施例中构成所述绞合线的单线数量不限于上述几种。
在一具体实施方式中，所述磁透镜中激励线圈的截面示意图，如图4所示，401为整个激励线圈的截面区域，402为一条绞合线的截面区域，利用本发明的上述实施例可使得激励线圈在一条绞合线的范围402内实现恒定的发热功率。同时，可对所述磁透镜配置水冷装置，403为所述水冷装置的截面示意图；由于本发明实施例所述磁透镜的激励线圈整体发热功率恒定，因此，简化水的冷装置便能实现磁透镜的温度恒定。
下面以绞合线的数量是4条为例，详细说明本发明实施例的具体实现过程。
本发明实施例中一种控制绞合线的电流方向和大小等参数的示意图，如图5所示，其中第一组单线分别由独立的电源501和502控制，第二组单线由独立电源503控制；其中，第一组单线包括两条单线，分别是A1和A2，二者的电流方向相同；其中，A1的电阻为RA1，A1的电压为UA1，A1的电流为IA1，A2的电阻为RA2，A2的电压为UA2，A2的电流为IA2；通过控制A1和A2的电流大小产生所需要的磁场强度。
第二组单线包括两条单线，分别是B1和B2，二者的电流方向相反；其中，B1的电阻为RB1，B1的电压为UB1，B1的电流为IB1，B2的电阻为RB2，B2的电压为UB2，B2的电流为IB2；通过控制B1和B2的电流大小相同，方向相反，因此，B1和B2产生的磁场相互抵消，即第二组线圈不对磁透镜的磁场强度产生影响，仅用于对第一组单线产生的热功率进行补偿。
具体地，第一组单线产生的热功率为：PA＝IA1RA1+IA2 2RA2＝UA1IA1+UA2IA2；第二组单线产生的热功率为：PB＝IB 2RB1+IB 2RB2＝UB IB；因此，激励线圈总的热功率为Ptotal＝PA+PB；在实际操作中，假设第二组单线中无电流，其热损耗功率为0，在达到所需最大磁场时，第一组单线的热功率为PAmax，因此总的恒定的热功率Ptotal的值大于PAmax。此时，当磁场从0变化到最大值时，第一组单线的热功率从0变化到PAmax，为了保持总功率Ptotal不变，则第二组单线的热功率为PB＝Ptotal-PA；因此，第二组单线的电压UB和电流IB由以下公式得到：
综上，电流激励磁透镜的工作方式如下：首先根据所需要的最大磁场确定磁透镜总的热损耗功率Ptotal；然后再通过调整UA1、IA1、UA2、IA2获得所需磁场值；并根据上述公式调整UB和IB，使得总的热功率Ptotal保持不变。
本发明的另一个优选实施例是：绞合线包括四条单线，根据上述定义方式，通过电源控制系统实现IA1＝IA2＝IA，在稳定状态时，可以认为RA1＝RA2＝RB1＝RB2＝R；此时，PA＝2RIA 2，PB＝2RIB 2，Ptotal＝2R(IA 2+IB 2)；因此IA和IB的关系曲线，如图6所示，为坐标系第一象限中的四分之一圆弧。
以绞合线的数量是6条为例，详细说明本发明实施例的具体实现过程。
本发明实施例中另一种控制绞合线的电流方向和大小等参数的示意图，如图7所示，所述绞合线包括第一组单线和第二组单线；其中，所述第一组单线中的三根单线分别由三个独立电源701A、702A和703A控制，所述第二组单线中的三根单线分别由三个独立电源701A、702A和703A控制，第一组单线包括三条单线，分别是A1、A2和A3，三者的电流方向相同；其中，A1的电阻为RA1，A1的电压为UA1，A1的电流为IA1；A2的电阻为RA2，A2的电压为UA2，A2的电流为IA2；A3的电阻为RA3，A3的电压为UA3，A3的电流为IA3；通过控制IA1、IA2和IA3的大小控制所述磁透镜产生所需要的磁场强度。
第二组单线包括三条单线，分别是B1、B2和B3，其中B2和B3的电流方向相同，且与B1中的电流方向相反；其中，B1的电阻为RB1，B1的电压为UB1，B1的电流为IB1；B2的电阻为RB2，B2的电压为UB2，B2的电流为IB2；B3的电阻为RB3，B3的电压为UB3，B3的电流为IB3；通过控制第二组单线中的电流大小使得第二组单线对外产生的净磁场为零，仅用于对第一组单线产生的热功率进行补偿。
具体地，第一组单线产生的热功率为：
PA＝IA1 2RA1+IA2 2RA2+IA3 2RA3＝UA1IA1+UA2IA2+UA3IA3 (2)
第二组单线产生的热功率为：
PB＝IB1 2RB1+IB2 2RB2+IB3 2RB3＝UB1IB1+UB2IB2+UB3IB3 (3)
因此，激励线圈总的热功率为：Ptotal＝PA+PB；在实际操作中，假设B组中无电流，其热损耗功率为0，在达到所需最大磁场时，第一组单线的热功率为PAmax，因此总的恒定的热功率Ptotal的值大于PAmax；此时，当磁场从0变化到最大值时，第一组电线的热功率从0变化到PAmax，为了保持总功率Ptotal不变，则第二组单线的热功率为PB＝Ptotal-PA；因此，第一组单线和第二组单线之间的电学参数满足如下公式：
Ptotal＝UA1IA1+UA2IA2+UA3IA3+UB1IB1+UB2IB2+UB3IB3 (4)
本实施例的一个简化实施例是：六条单线完全相同，在稳定状态时，六条单线具有相同的电阻：R＝RA1＝RA2＝RA3＝RB1＝RB2＝RB3；其中，第一组单线中的三条单线并联，即保持：UA＝UA1＝UA2＝UA3；因此，IA＝IA1＝IA2＝IA3。
第二组单线中，两条单线B2和B3并联，并控制第二组单线中各单线之间的电流关系为：IB1＝2IB2＝2IB3＝2IB；
第二组单线中各电线之间的电压关系为：UB1＝2UB2＝2UB3＝2UB；
因此第二组单线中个单线之间产生的净磁场相互抵消；此时，为了保持两组单线总的热损耗功率不变，两组电线中的电流和电压应满足的关系为：
Ptotal＝3UAIA+6UBIB＝3IA 2R+6IB 2R (5)
因此，IA和IB的关系曲线，如图8所示，为坐标系第一象限中的四分之一椭圆弧。
实施例二
基于本发明实施例的上述磁透镜，本发明实施例二提供一种控制磁透镜特性的方法，所述磁透镜的激励线圈由绞合线缠绕而形成，所述控制磁透镜特性的方法的处理流程，如图9所示，包括以下步骤：
步骤101，利用磁透镜中的电源控制系统对所述激励线圈供电；
具体地，所述激励线圈的绞合线由多条单线构成，因此，将所述绞合线分为第一组单线和第二组单线，其中，所述第一组单线的数量与所述第二组单线的数量相同，且所述第一组单线的数量和所述第二组单线的数量均为大于1的正整数。
以构成所述绞合线的单线数量是4为例，所述绞合线的示意图，如图2所示，所述第一组单线的数量为2，用黑色表示；所述第二组单线的数量也为2，用白色表示。
在一具体实施方式中，所述电源控制系统包括第一电源控制器和第二电源控制器；其中，所述第一电源控制器，用于对所述第一组单线供电；所述第二电源控制器，用于对所述第二组单线供电；
这里，所述第一电源控制器的数量为一个或多个，所述第二电源控制器的数量为一个或多个。
在一具体实施例中，构成绞合线的第一组单线和第二组单线的排列方式和电流方向示意图，如图3所示；其中，图3A中第一组单线的两条单线呈对角线方向排列，且两条单线的电流方向相同，第二组单线的两条单线也呈对角线方向排列，且两条单线的电流方向相反。图3B中第一组单线的两条单线平行排列，且两条单线的电流方向相同，第二组单线的两条单线也平行排列，且两条单线的电流方向相反。图3C中第一组单线的三条单线并列放置，且三条单线的电流方向相同，第二组单线的三条单线并列放置，且其中两条单线的电流方向相同，一条单线的电流方向相反；此时，需确保第二组单线中具有相同电流方向的两条单线的电流大小之和与另一条具有相反电流方向的单线的电流大小相等，以使所述第二组单线的电流大小不改变所述磁透镜的磁场强度；仅用于补偿第一组单线的发热功率，使得绞合线始终具有恒定的发热功率，不会由于第一组单线电流的改变而引起磁透镜温度的波动。图3D中第一组单线和第二组单线中单线的数据均为三条，第一组单线中的各单线与第二组单线中的各单线交叉排列，其中，第一组单线中各单线的电流方向相同，第二组单线中两条单线的电流方向相同，一条单线的电流方向相反；此时，需确保第二组单线中具有相同电流方向的两条单线的电流大小之和与另一条具有相反电流方向的单线的电流大小相等，以使所述第二组单线的电流大小不改变所述磁透镜的磁场强度；仅用于补偿第一组单线的发热功率，使得绞合线始终具有恒定的发热功率，不会由于第一组单线电流的改变而引起磁透镜温度的波动；当然，本发明实施例中构成所述绞合线的单线数量不限于上述几种。
步骤102，控制所述激励线圈的电流方向及电流大小；
具体地，所述第一电源控制器，控制所述第一组单线具有相同的电流方向及控制所述第一组单线的电流大小，以改变所述磁透镜的磁场强度；
在所述第二组单线的数量为偶数时，所述第二电源控制器控制所述第二组单线具有相反的电流方向；在所述第二组单线的数量为奇数时，所述第二电源控制器还用于控制所述第二组单线的电流大小，使电流方向为正的所有单线的电流大小之和与电流方向为负的所有单线的电流大小之和相等。由于第二组单线具有相反的电流方向，因此，能够通过控制第二组单线中的电流大小使得第二组单线产生的磁场为零，即不改变磁透镜的磁场强度；第二组单线仅用于补偿第一组单线的发热功率，使得绞合线始终具有恒定的发热功率，不会由于第一组单线电流的改变而引起磁透镜温度的波动。
以绞合线的数量是4条为例，详细说明本发明实施例的具体实现过程。
本发明实施例中一种控制绞合线的电流方向和大小等参数的示意图，如图5所示，其中第一组单线分别由独立的电源501和502控制，第二组单线由独立电源503控制；其中，第一组单线包括两条单线，分别是A1和A2，二者的电流方向相同；其中，A1的电阻为RA1，A1的电压为UA1，A1的电流为IA1，A2的电阻为RA2，A2的电压为UA2，A2的电流为IA2；通过控制A1和A2的电流大小产生所需要的磁场强度。
第二组单线包括两条单线，分别是B1和B2，二者的电流方向相反；其中，B1的电阻为RB1，B1的电压为UB1，B1的电流为IB1，B2的电阻为RB2，B2的电压为UB2，B2的电流为IB2；通过控制B1和B2的电流大小相同，方向相反，因此，B1和B2产生的磁场相互抵消，即第二组线圈不对磁透镜的磁场强度产生影响，仅用于对第一组单线产生的热功率进行补偿。
具体地，第一组单线产生的热功率为：PA＝IA1RA1+IA2 2RA2＝UA1IA1+UA2IA2；第二组单线产生的热功率为：PB＝IB 2RB1+IB 2RB2＝UB IB；因此，激励线圈总的热功率为Ptotal＝PA+PB；在实际操作中，假设第二组单线中无电流，其热损耗功率为0，在达到所需最大磁场时，第一组单线的热功率为PAmax，因此总的恒定的热功率Ptotal的值大于PAmax。此时，当磁场从0变化到最大值时，第一组单线的热功率从0变化到PAmax，为了保持总功率Ptotal不变，则第二组单线的热功率为PB＝Ptotal-PA；因此，第二组单线的电压UB和电流IB由以下公式得到：
综上，电流激励磁透镜的工作方式如下：首先根据所需要的最大磁场确定磁透镜总的热损耗功率Ptotal；然后再通过调整UA1、IA1、UA2、IA2获得所需磁场值；并根据上述公式调整UB和IB，使得总的热功率Ptotal保持不变。
本发明的另一个优选实施例是：绞合线包括四条单线，根据上述定义方式，通过电源控制系统实现IA1＝IA2＝IA，在稳定状态时，可以认为RA1＝RA2＝RB1＝RB2＝R；此时，PA＝2RIA 2，PB＝2RIB 2，Ptotal＝2R(IA 2+IB 2)；因此IA和IB的关系曲线，如图6所示，为坐标系第一象限中的四分之一圆弧。
以绞合线的数量是6条为例，详细说明本发明实施例的具体实现过程。
本发明实施例中另一种控制绞合线的电流方向和大小等参数的示意图，如图7所示，所述绞合线包括第一组单线和第二组单线；其中，所述第一组单线中的三根单线分别由三个独立电源701A、702A和703A控制，所述第二组单线中的三根单线分别由三个独立电源701A、702A和703A控制，第一组单线包括三条单线，分别是A1、A2和A3，三者的电流方向相同；其中，A1的电阻为RA1，A1的电压为UA1，A1的电流为IA1；A2的电阻为RA2，A2的电压为UA2，A2的电流为IA2；A3的电阻为RA3，A3的电压为UA3，A3的电流为IA3；通过控制IA1、IA2和IA3的大小控制所述磁透镜产生所需要的磁场强度。
第二组单线包括三条单线，分别是B1、B2和B3，其中B2和B3的电流方向相同，且与B1中的电流方向相反；其中，B1的电阻为RB1，B1的电压为UB1，B1的电流为IB1；B2的电阻为RB2，B2的电压为UB2，B2的电流为IB2；B3的电阻为RB3，B3的电压为UB3，B3的电流为IB3；通过控制第二组单线中的电流大小使得第二组单线对外产生的净磁场为零，仅用于对第一组单线产生的热功率进行补偿。
具体地，第一组单线产生的热功率为：
PA＝IA1 2RA1+IA2 2RA2+IA3 2RA3＝UA1IA1+UA2IA2+UA3IA3 (2)
第二组单线产生的热功率为：
PB＝IB1 2RB1+IB2 2RB2+IB3 2RB3＝UB1IB1+UB2IB2+UB3IB3 (3)
因此，激励线圈总的热功率为：Ptotal＝PA+PB；在实际操作中，假设B组中无电流，其热损耗功率为0，在达到所需最大磁场时，第一组单线的热功率为PAmax，因此总的恒定的热功率Ptotal的值大于PAmax；此时，当磁场从0变化到最大值时，第一组电线的热功率从0变化到PAmax，为了保持总功率Ptotal不变，则第二组单线的热功率为PB＝Ptotal-PA；因此，第一组单线和第二组单线之间的电学参数满足如下公式：
Ptotal＝UA1IA1+UA2IA2+UA3IA3+UB1IB1+UB2IB2+UB3IB3 (4)
本实施例的一个简化实施例是：六条单线完全相同，在稳定状态时，六条单线具有相同的电阻：R＝RA1＝RA2＝RA3＝RB1＝RB2＝RB3；其中，第一组单线中的三条单线并联，即保持：UA＝UA1＝UA2＝UA3；因此，IA＝IA1＝IA2＝IA3。
第二组单线中，两条单线B2和B3并联，并控制第二组单线中各单线之间的电流关系为：IB1＝2IB2＝2IB3＝2IB；
第二组单线中各电线之间的电压关系为：UB1＝2UB2＝2UB3＝2UB；
因此第二组单线中个单线之间产生的净磁场相互抵消；此时，为了保持两组单线总的热损耗功率不变，两组电线中的电流和电压应满足的关系为：
Ptotal＝3UAIA+6UBIB＝3IA 2R+6IB 2R (5)
因此，IA和IB的关系曲线，如图8所示，为坐标系第一象限中的四分之一椭圆弧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种磁透镜，其特征在于，所述磁透镜包括：导磁壳体、激励线圈和电源控制系统；其中，
所述导磁壳体，在所述激励线圈的外部包围所述激励线圈；
所述激励线圈由绞合线缠绕而形成；
所述电源控制系统，用于对所述激励线圈供电，控制所述激励线圈的电流方向及电流大小。
2.根据权利要求1所述的磁透镜，其特征在于，所述绞合线包括第一组单线和第二组单线；其中，
所述第一组单线的数量与所述第二组单线的数量相同，且所述第一组单线的数量和所述第二组单线的数量均为大于1的正整数。
3.根据权利要求2所述的磁透镜，其特征在于，所述电源控制系统包括：第一电源控制器和第二电源控制器；其中，
所述第一电源控制器，用于对所述第一组单线供电，控制所述第一组单线具有相同的电流方向及控制所述第一组单线的电流大小；
所述第二电源控制器，用于对所述第二组单线供电，控制所述第二组单线具有相反的电流方向及控制所述第二组单线的电流大小。
4.根据权利要求3所述的磁透镜，其特征在于，所述第一电源控制器和所述第二电源控制器的数量均为一个或多个。
5.一种控制磁透镜特性的方法，其特征在于，所述磁透镜的激励线圈由绞合线缠绕而形成，所述方法包括：
利用磁透镜中的电源控制系统对所述激励线圈供电，并控制所述激励线圈的电流方向及电流大小，以改变所述磁透镜的磁场强度及保持所述激励线圈的热功率不变。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绞合线包括第一组单线和第二组单线；其中，
所述第一组单线的数量与所述第二组单线的数量相同，且所述第一组单线的数量和所述第二组单线的数量均为大于1的正整数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电源控制系统包括：第一电源控制器和第二电源控制器；所述利用磁透镜中的电源控制系统控制对所述激励线圈供电，并控制所述激励线圈的电流大小，包括：
利用所述第一电源控制器对所述第一组单线供电，控制所述第一组单线具有相同的电流方向及控制所述第一组单线的电流大小，以改变所述磁透镜的磁场强度；
利用所述第二电源控制器对所述第二组单线供电，控制所述第二组单线具有相反的电流方向及控制所述第二组单线的电流大小，以保持所述激励线圈的热功率不变。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一电源控制器和所述第二电源控制器的数量均为一个或多个。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018107823A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-21 Focus-Ebeam Technology (Beijing) Co., Ltd. Magnetic lens and exciting current control method

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI744671B (zh) * 2018-08-03 2021-11-01 日商紐富來科技股份有限公司 電子光學系統及多射束圖像取得裝置
CN113388899B (zh) * 2021-07-15 2022-12-06 东华大学 一种磁透镜静电纺丝装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079092A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Leica Microsystems Lithography Ltd 電子ビームの磁場作用における熱補償
US7019308B2 (en) * 2004-09-01 2006-03-28 Leica Microsystems Lithography Ltd. Thermal compensation in magnetic field influencing of an electron beam
WO2013015311A1 (ja) * 2011-07-26 2013-01-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電磁レンズおよび荷電粒子装置
CN104299872A (zh) * 2013-07-18 2015-01-21 Fei公司 用于聚焦带电粒子束的磁透镜

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58103755A (ja) * 1981-12-15 1983-06-20 Fujitsu Ltd 電子ビ−ム露光方法
JP2551867Y2 (ja) 1991-03-29 1997-10-27 日本電気ホームエレクトロニクス株式会社 フォーカスマグネット
US5442182A (en) * 1992-11-06 1995-08-15 Hitachi, Ltd. Electron lens
US7078994B2 (en) 2003-02-18 2006-07-18 Glenn Henry Martin Constant power and temperature coil
JP4327494B2 (ja) * 2003-04-18 2009-09-09 株式会社島津製作所 磁気レンズ及び電子・イオンビーム光学機器
WO2012157745A1 (ja) * 2011-05-18 2012-11-22 国立大学法人九州大学 超伝導磁石及び核磁気共鳴装置
CN103959084B (zh) * 2011-12-02 2017-03-22 皇家飞利浦有限公司 用于mpi的线圈布置
ITMI20121533A1 (it) * 2012-09-14 2014-03-15 Danieli Off Mecc Stabilizzatore elettromagnetico
DE112015006822T5 (de) * 2015-09-29 2018-05-09 Hitachi High-Technologies Corporation Ladungsträgerstrahlvorrichtung
CN206451681U (zh) * 2016-12-14 2017-08-29 聚束科技（北京）有限公司 一种均匀恒定热损耗磁透镜
CN110265278A (zh) * 2016-12-14 2019-09-20 聚束科技（北京）有限公司 一种磁透镜及激励电流控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005079092A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Leica Microsystems Lithography Ltd 電子ビームの磁場作用における熱補償
US7019308B2 (en) * 2004-09-01 2006-03-28 Leica Microsystems Lithography Ltd. Thermal compensation in magnetic field influencing of an electron beam
WO2013015311A1 (ja) * 2011-07-26 2013-01-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電磁レンズおよび荷電粒子装置
JP2013030276A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Hitachi High-Technologies Corp 電磁レンズおよび荷電粒子装置
CN104299872A (zh) * 2013-07-18 2015-01-21 Fei公司 用于聚焦带电粒子束的磁透镜

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018107823A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-21 Focus-Ebeam Technology (Beijing) Co., Ltd. Magnetic lens and exciting current control method
US10923312B2 (en) 2016-12-14 2021-02-16 Focus-Ebeam Technology (Beijing) Co., Ltd. Magnetic lens and exciting current control method

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