DE971548C - Electron lens system with a number of magnetic electron lenses with compensation for chromatic aberration - Google Patents
Electron lens system with a number of magnetic electron lenses with compensation for chromatic aberrationInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Elektronenlinsensystem mit einer Anzahl magnetischer Elektronenlinsen mit Ausgleich der chromatischen Abweichung.The invention is directed to an electron lens system having a number of magnetic electron lenses with compensation for the chromatic aberration.
Bekannt ist ein Elektronenlinsensystem, bei welchem zwei Linsen durch Permanentmagnete in umgekehrter Richtung erregt werden, wobei die chromatische Abweichung der Drehung durch geeignete Wahl der magnetomotorischen Kraft kompensiert wird. Ebenso ist es an einer chromatische Fehler zeigenden Elektronenlinse bekannt, durch geeignete Feldgestaltung eine achromatische Elektronenlinse herzustellen. Hierbei bezieht sich aber die Korrektur der Linse lediglich auf die axiale chromatische Abweichung.An electron lens system is known in which two lenses are reversed by permanent magnets Direction can be excited, the chromatic aberration of the rotation by suitable choice of the magnetomotive force is compensated. It is the same with an electron lens that shows chromatic errors known to produce an achromatic electron lens by suitable field design. Here however, the correction of the lens only relates to the axial chromatic deviation.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Elektronenlinsenanordnung die beiden obengenannten chromatischen Fehler gleichzeitig korrigieren zu können und ein Elektronenlinsensystem zu schaffen, bei welchem gleichzeitig sowohl die chromatische Abweichung der Rotation als auch die chromatische Abweichung in Richtung der Achse kompensiert werden. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die chromatische Feldabweichung, die sich aus der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung und der chromatischen Differenz bei der Drehung zusammensetzt, kompensiert ist, wozu ein Objektiv und ein Projektor so gewählt sind, daß die algebraische Summe der Koeffizienten der chromatischen Abweichung der Vergrößerung dieser Linsen und die algebraische Summe der Koeffizienten der chromatischen Abweichung der Drehung dieser Linsen infolge der Rich-The object of the invention is, in an electron lens arrangement to be able to correct the two above mentioned chromatic errors at the same time and to create an electron lens system, at which at the same time both the chromatic deviation of the rotation and the chromatic Deviation in the direction of the axis can be compensated. This problem is solved in that the chromatic field deviation resulting from the chromatic difference in magnification and the chromatic difference in the rotation is composed, is compensated, including a lens and a Projector are chosen so that the algebraic sum the coefficient of chromatic aberration of the magnification of these lenses and the algebraic Sum of the coefficients of the chromatic aberration of the rotation of these lenses due to the direction
tung der Bilddrehung durch richtige Einstellung des Verhältnisses des Polstückabstandes zum Polstückdurchmesser des Projektors bei einem gewählten Wert der äquivalenten Amperewindungen des Erregerfeldes I · η der einzelnen Linsen und der Elektronenbeschleunigungsspannung E etwa bei Null liegen.Direction of image rotation by correctly setting the ratio of the pole piece distance to the pole piece diameter of the projector at a selected value of the equivalent ampere-turns of the excitation field I · η of the individual lenses and the electron acceleration voltage E are approximately zero.
Das erfindungsgemäße Elektronenlinsensystem zeigt praktisch keine chromatische Feldabweichung und kompensiert gleichzeitig zwei Abweichungen, obwohl ίο der Koeffizient der chromatischen Abweichung der Vergrößerung seiner Natur nach völlig verschieden ist von demjenigen der chromatischen Abweichung der Drehung.The electron lens system according to the invention shows practically no chromatic field deviation and simultaneously compensates for two deviations, although ίο is the coefficient of chromatic deviation of the The nature of enlargement is completely different from that of the chromatic aberration of the Rotation.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen dargestellt.The object of the invention is shown in the drawing in several embodiments.
Fig. ι zeigt die Kennkurven des Koeffizienten der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung und der chromatischen Differenz bei der Drehung;Fig. Ι shows the characteristic curves of the coefficient of chromatic difference in magnification and chromatic difference in rotation;
Fig. 2 (a) ist ein schematischer Schnitt durch ein Elektronenmikroskop mit einem Linsensystem gemäß der Erfindung;Fig. 2 (a) is a schematic section through an electron microscope with a lens system according to the invention;
Fig. 2 (δ) zeigt die vergrößerte Darstellung eines Polstückes;Fig. 2 (δ) shows the enlarged representation of a pole piece;
Fig. 3 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. 2 und zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.Fig. 3 is similar to Fig. 2 and shows another embodiment of the invention.
Gewöhnlich ändern sich die Koeffizienten der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung und der chromatischen Differenz bei der Drehung entsprechend dem Verhältnis der Amperewindungen / ■ η der Erregerfelder der einzelnen Linsen und der Quadratwurzel der Elektronenbeschleunigungsspannung E des Elektronenstrahles, d.h./· ra/]/ZT.Usually, the coefficients of the chromatic difference in magnification and the chromatic difference in rotation change according to the ratio of the ampere turns / ■ η of the excitation fields of each lens and the square root of the electron accelerating voltage E of the electron beam, ie / ra /] / ZT.
Auch wenn / · nj^E dieser beiden Linsen so gewählt wird, daß der Koeffizient der chromatischen Abweichung der Vergrößerung C0x des Objektivs 1 dem Koeffizienten Cpy des Projektors 2 im Wert gleich, aber mit umgekehrten Vorzeichen versehen ist, können die gesamten chromatischen Abweichungen der Vergrößerung dieser beiden Linsen zum Verschwinden gebracht werden.Even if / · nj ^ E of these two lenses is chosen so that the coefficient of the chromatic deviation of the magnification C 0x of the objective 1 is equal in value to the coefficient C py of the projector 2, but has the opposite sign, the total chromatic deviations can the magnification of these two lenses can be made to disappear.
Mit anderen Worten: Um die chromatische Feldabweichung, die sich aus der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung und der chromatischen Differenz bei der Drehung zusammensetzt, zum Verschwinden ♦5 zu bringen, müßten die Werte von I · nj^E des Objektivs ι und des Projektors 2 so gewählt werden, daß Cpx == C0x und Cpy ^ ■— C oy ISt.In other words: In order to make the chromatic field deviation, which is composed of the chromatic difference in magnification and the chromatic difference in rotation, disappear ♦ 5, the values of I · nj ^ E of the objective ι and the projector 2 be chosen so that Cpx == C 0x and C py ^ ■ - C oy ISt.
Es gibt nur einen Wert von / · nj^E, der die obige Bedingung für beide Linsen 1 und 2 erfüllt. Dieser einzige Wert von J · nj][E muß innerhalb einer angemessenen Grenze liegen, da ein höherer oder niederer Wert praktisch unerwünscht ist.There is only one value of / · nj ^ E that satisfies the above condition for both lenses 1 and 2. This single value of J · nj] [E must be within a reasonable limit, since a higher or lower value is practically undesirable.
Es sei bei einer magnetischen Linse der Durchmesser des Polstückes der Linse d und der Polstückabstand h, dann hat die Änderung des Wertes hjd im allgemeinen keinen Einfluß auf die Kurven CPX, C0x und Coy in Fig. i, während die Kurve Cpy, die den Koeffizienten der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung des Projektors darstellt, sich nur manchmal entsprechend der voll ausgezogenen Kurve oder der in einer gestrichelten Linie gezeichneten Kurve in Fig. 1 ändert und der Wert von / · «/]/ZT zur Erreichung von Cpy = 0 zwischen 12 und 19 schwankt.It should be at a magnetic lens, the diameter d of the pole piece of the lens and the Polstückabstand h, then the change has the value hjd generally no influence on the curves C PX, C 0x and C oy in Fig. I, while the curve Cpy, which represents the coefficient of chromatic difference when the projector is enlarged, changes only sometimes according to the solid curve or the curve drawn in a dashed line in Fig. 1 and the value of / · «/] / ZT to achieve C py = 0 fluctuates between 12 and 19.
Nach sorgfältigen Untersuchungen und Versuchen wurde festgestellt, daß die erwähnten Koeffizienten der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung und der chromatischen Differenz bei der Drehung eines Objektivs und eines Projektors den Kurven Cpy, Coy und Cpx, C0x (Fig· 1) folgen, wenn I · n\fE sich ändert. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, beginnen Cpx und C0x bei Null und steigen geradlinig bzw. in einer allmählich ansteigenden Kurve an, so daß diese immer positiv sind, während Cvy und Coy bei einem negativen Wert beginnen und in einer rasch ansteigenden Kurve verlaufen, die durch Null geht, ihr Vorzeichen ändert und weiter positiv ansteigt.After careful investigations and experiments it was found that the mentioned coefficients of the chromatic difference in magnification and the chromatic difference in the rotation of an objective and a projector follow the curves C py , C oy and Cp x , C 0x (Fig. 1), if I · n \ fE changes. As can be seen from FIG. 1, C px and C 0x start at zero and rise in a straight line or in a gradually rising curve, so that these are always positive, while C vy and C oy start at a negative value and rise rapidly A curve that goes through zero, changes its sign and continues to rise positively.
Gemäß der Erfindung werden diese Charakteristiken (Fig. 1) benutzt, um die gesamte chromatische Abweichung der Vergrößerung und Drehung eines Elektronenlinsensystems zum Verschwinden zu bringen. Als Beispiel ist in Fig. 2 ein Linsensystem gezeigt, das aus einem Objektiv 1 und einem Projektor 2 besteht, ferner sind vorhanden ein Kondensator 3, eine Elektronenquelle 4, ein Sichtfenster 5, ein Leuchtschirm 6, eine photographische Platte 7, das Kameragehäuse 8 und ein Träger 9 für die Probe. In einem solchen Linsensystem müssen zur Erzielung der oben angegebenen Wirkung I-n/yE des Objektivs 1 und des Projektors 2 so gewählt sein, daß der Koeffizient der chromatischen Differenz bei der Drehung des Objektivs i, d. h. C0x, gleich dem Koeffizienten der chromatischen Differenz bei der Drehung des Projektors 2, d. h. Cpx ist, und die Richtung der Bilddrehung, d. h. der Erregung dieser beiden Linsen, muß entgegengesetzt sein, dann kann die gesamte chromatische Abweichung der Drehung zum Verschwinden gebracht werden.According to the invention, these characteristics (Fig. 1) are used to make the total chromatic aberration of the magnification and rotation of an electron lens system disappear. As an example, a lens system is shown in Fig. 2, which consists of an objective 1 and a projector 2, furthermore there are a capacitor 3, an electron source 4, a viewing window 5, a fluorescent screen 6, a photographic plate 7, the camera housing 8 and a carrier 9 for the sample. In such a lens system, in / yE of the objective 1 and the projector 2 must be selected so that the coefficient of the chromatic difference in the rotation of the objective i, ie C 0x , equals the coefficient of the chromatic difference in the Rotation of the projector 2, ie C px , and the direction of the image rotation, ie the excitation of these two lenses, must be opposite, then the entire chromatic deviation of the rotation can be made to disappear.
Diese Tatsachen wurden für das Elektronenlinsensystem gemäß der Erfindung verwendet, und hjd des Projektors wird so gewählt, daß die Kurve des Koeffizienten der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung des Projektors Cpx z. B. die Lage der voll ausgezogenen Kurve in Fig. 1 einnimmt. Dann werden bei J · n/yW = 19 für das Objektiv und I · njfE = 12,5 für den Projektor folgende Verhältnisse erzielt:These facts have been applied to the electron lens system according to the invention, and the projector hjd is selected so that the curve of the coefficient of chromatic difference at the magnification of the projector Cp x z. B. the position of the full curve in Fig. 1 assumes. Then with Jn / yW = 19 for the lens and InjfE = 12.5 for the projector, the following ratios are achieved:
Cpx = C ox = 1,02 3?Z/ ==: C oy = O Cp x = C ox = 1.02 3? Z / ==: C o y = O
so daß die Bedingung erfüllt werden kann, die gesamte chromatische Differenz bei der Vergrößerung und die chromatische Differenz bei der Drehung etwa auf Null zu bringen. In diesem Fall ist das Verhältnis des Polstückabstandes h zum Polstückdurchmesser d, d. h. hld, ungefähr = 5.so that the condition can be met to bring the total chromatic difference in magnification and the chromatic difference in rotation to about zero. In this case the ratio of the pole piece spacing h to the pole piece diameter d, ie hld, is approximately = 5.
Ist für das Objektiv I ■ n/]/E = 19 und für den Projektor I ■ nj^E = 17, so wird If I ■ n /] / E = 19 for the lens and I ■ nj ^ E = 17 for the projector, then
-"PX- "PX
Cpx — C0x = 0,38
Cpy + Coy = 0 Cpx - C 0x = 0.38
Cpy + Coy = 0
= 1,4 C0x = 1,02= 1.4 C 0x = 1.02
so daß die gesamte chromatische Abweichung der Vergrößerung Null ist, während die gesamte chromatische Abweichung der Drehung 0,38 und in diesem Falle hjd =-- 0,5 ist.so that the total chromatic deviation of the magnification is zero while the total chromatic deviation of the rotation is 0.38 and in this case hjd = -0.5 .
Wenn für hjd ein anderer Wert gewählt wird, so daß die C^-Kurve in Fig. 1 die in gestrichelter Linie ge-If another value is chosen for hjd , so that the C ^ curve in Fig. 1 shows the broken line
zeigte Lage einnimmt, entstehen die folgenden Verhältnisse, wenn I · n/fW = 18 für das Objektiv ι und I"nj^E — 13,4 für den Projektor 2 ist:shows position, the following relationships arise when I · n / fW = 18 for the lens ι and I "nj ^ E - 13.4 for the projector 2:
Cpx — 1,12 C0x = 0,98 Cpx — C0JC = 0,14 Cp x - 1.12 C 0x = 0.98 C px - C 0 JC = 0.14
Cpy — 0,1 COy = 0,1 Cpy - 0.1 C Oy = 0.1
so daß die Bedingung erfüllt werden kann, daß die chromatische Feldabweichung, die sich aus der Verbindung der chromatischen Differenz bei der Vergrößerung und der chromatischen Differenz bei Drehung ergibt, praktisch verschwindet. In diesem Falle liegt hjd ungefähr bei 3.so that the condition can be satisfied that the chromatic field deviation, which results from the connection of the chromatic difference in magnification and the chromatic difference in rotation, practically disappears. In this case, hjd is around 3.
Bei dem Elektronenlinsensystem gemäß der Erfindung kommt die gesamte chromatische Abweichung der Vergrößerung und Drehung des ganzen Linsensystems dadurch zum Verschwinden, daß die veränderlichen Charakteristiken der Koeffizienten der chromatischen Abweichung der Vergrößerung und der Drehung benutzt werden und der Wert von I ■ nj^jE In the electron lens system according to the invention, the total chromatic aberration of magnification and rotation of the entire lens system disappears by using the variable characteristics of the coefficients of chromatic aberration of magnification and rotation and the value of I nj ^ jE
der Linsen mit einem geeigneten Wert gewählt werden, ohne nur auf eine bestimmte Größe festgelegt zu sein,
so daß ein bemerkenswerter Vorteil für ein Linsensystem dieser Art entsteht.
Die beschriebene Ausführungsform der Erfindung gilt für ein Elektronenlinsensystem mit einem Obj ektiv
und einem Projektor, es können aber auch bei einem Elektronenlinsensystem mit drei oder mehr Linsen die
gesamten chromatischen Abweichungen in ähnlicher Weise dadurch zum Verschwinden gebracht werden,
daß ein angemessener Wert von hjd gewählt wird, um die gesamte algebraische Summe der Koeffizienten der
chromatischen Differenz bei der Vergrößerung aller Linsen und auch die der Koeffizienten der chromatischen
Differenz bei der Drehung auf Null zu bringen, wobei das je nach der Richtung der Bilddrehung entstehende
positive oder negative Vorzeichen berücksichtigt wird.of the lenses can be selected with an appropriate value without being limited to a particular size, so that there is a remarkable advantage for a lens system of this type.
The embodiment of the invention described applies to an electron lens system with an objective and a projector, but also in the case of an electron lens system with three or more lenses, the entire chromatic aberrations can be made to disappear in a similar manner by choosing an appropriate value of hjd to bring to zero the total algebraic sum of the chromatic difference coefficients at magnification of all lenses and also that of the chromatic difference coefficients during rotation, taking into account the positive or negative sign depending on the direction of image rotation.
Fig. 3 zeigt ein Elektronenmikroskop mit magnetischen Linsen, deren Magnetpole parallel mittels eines permanenten Magneten 10 erregt werden. Teile, die solchen in Fig. 2 gleich oder ähnlich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Erläuterung kann fortgelassen werden. Das in Fig. 3 gezeigte Linsensystem kann als eine Art Verbundlinse angesehen werden, und die beschriebenen Prinzipien zur Vermeidung der chromatischen Abweichung können auf sie in der gleichen Weise angewandt werden, ohne daß weitere Erklärungen notwendig sind.Fig. 3 shows an electron microscope with magnetic lenses whose magnetic poles are parallel by means of a permanent magnet 10 are excited. Parts that are the same or similar to those in Fig. 2 are with the are denoted by the same reference numerals, and their explanation can be omitted. The one shown in FIG The lens system can be viewed as a kind of compound lens, and the principles described apply to Avoidance of chromatic aberration can be applied to it in the same way without that further explanations are necessary.
Claims (7)
USA.-Patentschrift Nr. 2 369 796;
Lexikon der Physik, Stuttgart, 1950, Bd. 1, S. 265.Considered publications:
U.S. Patent No. 2,369,796;
Lexikon der Physik, Stuttgart, 1950, Vol. 1, p. 265.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DEH13369A DE971548C (en) | 1951-05-21 | 1952-08-02 | Electron lens system with a number of magnetic electron lenses with compensation for chromatic aberration |
Applications Claiming Priority (2)
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| DEH13369A DE971548C (en) | 1951-05-21 | 1952-08-02 | Electron lens system with a number of magnetic electron lenses with compensation for chromatic aberration |
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Family Applications (1)
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Citations (1)
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| US2369796A (en) * | 1943-03-26 | 1945-02-20 | Rca Corp | Electron lens system |
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1952
- 1952-08-02 DE DEH13369A patent/DE971548C/en not_active Expired
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US2369796A (en) * | 1943-03-26 | 1945-02-20 | Rca Corp | Electron lens system |
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