DE1000541B

DE1000541B - Electrostatically acting electron optical imaging lens

Info

Publication number: DE1000541B
Application number: DEV6295A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Hahn
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1953-09-19
Filing date: 1953-09-19
Publication date: 1957-01-10
Also published as: FR1102810A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Für elektronenoptische Abbildungssysteme sind elektrostatisch wirkende Linsen bekannt, die aus drei in Achsrichtung aufeinanderfolgenden, blendenförmigen Elektroden bestehen, von denen die beiden äußeren auf gleichem Potential liegen. Dabei ist die an negativer Spannung liegende Mittelelektrode gewöhnlich mindestens in ihrem mittleren Teil scheibenförmig ausgebildet, und die auf Erdpotential liegenden Gegenelektroden verlaufen in einer gewissen Umgebung der optischen Achse parallel zum scheibenförmigen Teil der Mittelelektrode.For electron-optical imaging systems, electrostatically acting lenses are known which consist of three in the axial direction successive, diaphragm-shaped electrodes exist, of which the two outer are at the same potential. In this case, the center electrode, which is at negative voltage, is usually disc-shaped at least in their central part, and those lying at ground potential Counter electrodes run parallel to the disk-shaped axis in a certain area around the optical axis Part of the center electrode.

Bei dieser bekannten Elektrodenausführung macht es fertigungstechnische Schwierigkeiten, den Übergang der Planfläche der Gegenelektrode zu der angrenzenden, meist kegelförmig ausgebildeten Fläche glattzubekommen. Erfahrungsgemäß tritt im Übergangsgebiet der beiden Flächen eine Kante auf, die aus hochspannungstechnischen Gründen unerwünscht ist, da sie leicht zu Überschlägen führen kann. Auf den parallelen Flächen der Elektroden greift eine konstante Feldstärke an, die dem Quotienten aus der Potentialdifferenz und dem Abstand der Flächen voneinander gleich ist. Da diese Feldstärke auf einer verhältnismäßig großen Fläche auftrifft, die bis an die Bohrungen heranreicht, ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen Überschlag.In this known electrode design, it makes manufacturing difficulties, the transition the plane surface of the counter electrode to the adjoining, mostly conical surface get it smooth. Experience has shown that an edge occurs in the transition area between the two surfaces, which is undesirable for reasons of high voltage, since it can easily lead to flashovers. on The parallel surfaces of the electrodes are attacked by a constant field strength, which is the quotient of the Potential difference and the distance between the surfaces is the same. Since this field strength is on a relatively large area that reaches up to the holes, there is a high probability for a rollover.

Dieser Nachteil wird zwar bei bekannten Linsensystemen, bei denen die Elektroden, um eine bessere Bearbeitungsmöglichkeit beim Schleifen und Polieren zu haben, sphärisch ausgebildet sind, verringert. Doch auch bei diesen Ausführungsformen hat das Achsenpotential einen verhältnismäßig ungünstigen Verlauf. Ferner wird bei eventuell auftretenden Überschlägen zwischen den Elektroden immer noch das Gebiet gefährdet, das in unmittelbarer Nähe der optisch wirksamen Lochrundungen der Elektroden liegt.This disadvantage is indeed in known lens systems in which the electrodes to a better To have machining options when grinding and polishing, are spherical, reduced. Indeed In these embodiments, too, the axis potential has a relatively unfavorable course. Furthermore, if flashovers occur between the electrodes, the area is still endangered. which is in the immediate vicinity of the optically effective rounded holes of the electrodes.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrostatisch wirkende elektronenoptische Abbildungslinse der genannten Art, bei der ein wesentlich günstigerer Verlauf des Achsenpotentials erzielt wird, durch den sich bei gleicher Brennweite eine größere Bohrung der Mittelelektrode ergibt und bei der die Möglichkeit von Überschlägen zwischen den Elektroden auf ein außerhalb der optisch wirksamen Lochrundungen der Elektroden liegendes Gebiet des Linsensystems beschränkt ist. Bei der vorliegenden elektrostatisch wirkenden elektronenoptischen Abbildungslinse mit drei in Achsrichtung aufeinanderfolgenden blendenförmigen Elektroden, von denen die beiden äußeren auf gleichem Potential liegen und die Form eines Kegelstumpfes oder Zylinders mit aufgesetzter Kugelkalotte haben, sollen erfindungsgemäß die den Außenelektroden zugewendeten Flächen der Mittelelektrode die Form von Kegelmänteln aufweisen, die mit der Elektrostatisch wirkende
elektronenoptische AbbildungslinseThe subject of the invention is an electrostatically acting electron optical imaging lens of the type mentioned, in which a significantly more favorable course of the axis potential is achieved, through which a larger bore of the central electrode results with the same focal length and in which the possibility of flashovers between the electrodes to an outside of the optically effective hole roundings of the electrodes lying area of the lens system is limited. In the present electrostatically acting electron-optical imaging lens with three diaphragm-shaped electrodes following one another in the axial direction, of which the two outer electrodes are at the same potential and have the shape of a truncated cone or cylinder with an attached spherical cap, according to the invention the surfaces of the central electrode facing the outer electrodes should have the shape of cone shells that act with the electrostatic
electron optical imaging lens

Anmelder: VEB Carl Zeiss Jena,
Jena, Carl-Zeiss-Str. 1Applicant: VEB Carl Zeiss Jena,
Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Eberhard Hahn, Jena,
ist als Erfinder genannt wordenEberhard Hahn, Jena,
has been named as the inventor

optischen Achse einen Winkel von kleiner als 90⁰ bilden. Dabei können die Winkel, die die beiden den Außenelektroden zugewendeten Flächen der Mittelelektrode mit der optischen Achse bilden, gleich oder voneinander verschieden sein. Durch geeignete Wahl der Winkel sowie durch die Wahl der Krümmungsradien der Elektroden läßt sich das Achsenpotential in der Weise beeinflussen, daß die Integrale der Fehlerfunktionen möglichst kleine Werte annehmen. Dies wirkt sich in erster Linie auf den öffnungsfehler, auf die Zentriertoleranzen der Elektroden und auf den Einfluß von Unrundheiten der Elektrodenbohrungen aus.the optical axis of less than 90 ⁰ form an angle. The angles that the two surfaces of the center electrode facing the outer electrodes form with the optical axis can be the same or different from one another. Through a suitable choice of the angles and through the choice of the radii of curvature of the electrodes, the axis potential can be influenced in such a way that the integrals of the error functions assume values that are as small as possible. This primarily affects the opening error, the centering tolerances of the electrodes and the influence of out-of-roundness in the electrode bores.

Gegenüber den bekannten scheibenförmigen Mittelelektroden nimmt durch die vorliegende Ausbildung der wirksamen Elektrodenfläche als Kegelmantel bei sonst gleichen Abmessungen der Potentialsattel der Linse einen negativeren Wert an, so daß sich bei gleicher Linsenbrennweite eine größere Bohrung der Mittelelektrode ergibt. Der Einfluß von Unrundheiten macht sich daher weniger bemerkbar als bei einer Elektrode mit kleinerem Bohrungsdurchmesser.Compared to the known disk-shaped central electrodes, the present training increases the effective electrode area as a cone shell with otherwise the same dimensions of the potential saddle Lens to a more negative value, so that with the same lens focal length a larger bore of the Center electrode results. The influence of out-of-roundness is therefore less noticeable than with one Electrode with a smaller bore diameter.

Ferner ergibt sich der Vorteil, daß der kürzeste Abstand zwischen den Außenelektroden und der Mittelelektrode in einem relativ schmalen ringförmigen Gebiet außerhalb der Lochzone der Elektroden liegt, so daß bei gegebenenfalls auftretenden Überschlägen die Politur der optisch wirksamen Lochrundungen nicht verletzt werden kann.There is also the advantage that the shortest distance between the outer electrodes and the Center electrode is located in a relatively narrow annular area outside the hole zone of the electrodes, so that if flashovers occur, the polishing of the optically effective rounded holes cannot be hurt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dienen die Abb. ι und 2, von denen Abb. 1 ein Beispiel für die bisherige Ausführungsform von elektrostatischen Elektronenlinsen und Abb. 2 ein Beispiel für die Aus-To explain the invention in more detail, Figs. Ι and 2, of which Fig. 1 is an example of the previous embodiment of electrostatic electron lenses and Fig. 2 an example of the

bildung gemäß der Erfindung einer derartigen Linse zeigt.shows formation according to the invention of such a lens.

In Abb. ι ist ι eine scheibenförmige Mittelelektrode, die durch einen Vorschraubring 2 in einem Isolierkörper 3 gehalten wird. Die Außenelektroden 4 und S haben in der Nähe der optischen Achse X-X' gleichfalls ebene Flächen, so daß sie in ihrem wirksamen Teil parallel zur Mittelelektrode verlaufen.In Fig. 1 is a disk-shaped center electrode which is held in an insulating body 3 by a screw ring 2. The outer electrodes 4 and S also have flat surfaces in the vicinity of the optical axis X-X ' , so that their effective part extends parallel to the central electrode.

Die in Abb. 2 dargestellte Linse hat dagegen eine Mittelelektrode 6, deren den Außenelektroden 7 und 8 zugewendete Flächen 9 und 10 mit der optischen Achse X-X' einen Winkel bilden, der kleiner als 90⁰ ist. Die Kegel winkel α und β der Flächen 10 und 9 können gleich oder auch voneinander verschieden sein. Die Mittelelektrode 6 wird durch einen Vorschraubring 11 in einem Isolierkörper 12 gehalten. Die Außenelektroden 7 und 8 haben die Form eines Kegelstumpfes mit aufgesetzter Kugelkalotte. Wie das dargestellte Beispiel zeigt, liegt der kürzeste Abstand d_min der Fläche 9 der Mittelelektrode 6 von der Außenelektrode 7 in einem ringförmigen Gebiet, das den mittleren Abstand r von der optischen Achse X-X' hat.The lens shown in Fig. 2, on the other hand, has a center electrode 6, the surfaces 9 and 10 of which, facing the outer electrodes 7 and 8, form an angle with the optical axis XX ' which is smaller than 90 ^° . The cone angles α and β of the surfaces 10 and 9 can be the same or different from one another. The center electrode 6 is held in an insulating body 12 by a screw ring 11. The outer electrodes 7 and 8 have the shape of a truncated cone with a spherical cap attached. As the example shown shows, the shortest distance d _{min of} the surface 9 of the central electrode 6 from the outer electrode 7 lies in an annular region which has the mean distance r from the optical axis X-X ' .

Claims

Patent claims:

i. Electrostatically acting electron-optical imaging lens with three diaphragm-shaped electrodes following one another in the axial direction, of which the two outer electrodes are at the same potential and have the shape of a truncated cone or cylinder with an attached spherical cap, characterized in that the surfaces of the central electrode facing the outer electrodes are in the form of cone shells, with the optical axis an angle of less than 90 ⁰ bite as.

2. Electrostatically acting electron-optical imaging lens according to claim 1, characterized in that that the angle that the two surfaces facing the outer electrodes of the Form the center electrode with the optical axis, are different from each other.

Considered publications:
German Patent Nos. 876568, 901 452;
Swiss patent specification No. 269 633.

1 sheet of drawings