JPH03266350A - Ｅ×ｂ型エネルギーフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、電場と磁場が直交されて形成されている重畳
場を有するＥ×Ｂ型エネルギーフィルタに関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来、電場と磁場を直交させ、この重畳場に直交する方
向に荷電粒子を直進させることによってエネルギー分析
を行うＥ×Ｂ型エネルギーフィルタ（以下、単にエネル
ギーフィルタと称す）が知られている。このようなエネ
ルギーフィルタの構造については種々提案されているが
、その−例を第１図に示す。

第１図はエネルギーフィルタの光軸に垂直な面における
断面を示す図であり、二つの磁極１，１′の間の磁極間
距離Ｓ、と、二つの電極２，２′の間の電極間距離Ｓ０
は略同−１望ましくは等しくなされている。なお、Ｚは
光軸を示す（以下、同じ）。

第１図の構成によれば、エネルギーフィルタの内部では
勿論のこと、フリンジ場、即ちエネルギーフィルタにお
ける荷電粒子の入射部および出射部においてもウィーン
条件を満足させることができる。つまり、エネルギーフ
ィルタにおいては、荷電粒子を直進させる必要があり、
そのためには、電場をＥｌ　磁場をＢ１　荷電粒子の速
度をＶとしたとき、Ｅ＝ｖ＊Ｂというウィーン条件を満
足しなければならない。たたしＮ　　Ｅ＋　　Ｂ、Ｖは
いずれもベクトルである。これは即ち、電場Ｅの分布と
磁場Ｂの分布の形状は、エネルギーフィルタの内部にお
いては勿論のこと、そのフリンジ場においても同じでな
ければならないことを意味する。そうでないとウィーン
条件が満足されないことになり、荷電粒子は直進しない
からである。

第２図は、第１図に示す構成のエネルギーフィルタの光
軸Ｚに沿った電場分布６および電場分布７を示す図であ
るが、エネルギーフィルタ５の内部においては勿論、図
中８で示す荷電粒子の入射部近傍および図中９で示す出
射部近傍のフリンジ場においても、電場分布６と磁場分
布７の形状は略同一であり、ウィーン条件が満足されて
いることが分かる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、従来のエネルギーフィルタにおいては、磁極
を構成するヨークあるいはポールピースは鉄、パーマロ
イ等の導電性を有する金属で形成され、電極は銅やアル
ミニウム等の非磁性体で形成されているのが一般的であ
る。従って、電極は非磁性体であるから磁場に対しては
何等影響を及ぼすことはないが、磁極を形成する鉄は導
電体であるから電場に影響を及ぼす。その結果として、
第１図に示す構成の従来のエネルギーフィルタにおいて
は、光軸Ｚに垂直な面における電場分布Ｅの形状と磁場
分布Ｂの形状は第３図に示すように大きく異なっている
。つまり、電極は磁場に影響を与えないので、磁場分布
Ｂは広い範囲で一様であるが、電場分布Ｅは磁極に影響
されるので、光軸Ｚの近傍では磁場分布Ｂと同じ形状と
なるが、光軸Ｚから離れるに従ってその形状は磁場分布
Ｂからすれる。

従って、第１図に示す構成の従来のエネルギーフィルタ
においては、その磁場分布と電場分布は光軸Ｚの近傍に
おいてはウィーン条件を満足するものの、光軸Ｚからは
なれるに従ってウィーン条件を満足しなくなるので、荷
電粒子を直進させることができる範囲は非常に狭いもの
であった。

また、上記の問題はフリンジ場においてはより深刻な問
題となっていた。即ち、磁場については２極構造である
が、磁極のヨークあるいはポールピースは導電体である
から、当該ヨークあるいはポールピースは電場の中に置
かれることによって電極として作用することになり、電
極は４極構造となる。従って、２極構造の磁極で形成さ
れる磁場のフリンジと、４極構造の電極で形成される電
場のフリンジとは異なる形状となり、結局、フリンジ場
においてはウィーン条件を満足させることができないも
のであった。

そこで、実際には、上記の事項を考慮して、第４図に示
すように、磁極１，１′の而を適宜傾斜させることによ
って、非点なし結像を実現させることなどが行われてい
るが、その設計は非常に面倒であった。なお、第４図に
おいて電極間距離Ｓ。と、磁極間距離Ｓ、とは略同一で
あることは当然である。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、光軸を
中心として広い範囲に渡ってウィーン条件を満足できる
Ｅ×Ｂ型エネルギーフィルタを提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明のＥ×Ｂ型エネル
ギーフィルタは、電場と磁場が互いに直交して形成され
てなり、且つ電極間距離と磁極間距離とが略同一となさ
れたＥ×Ｂ型エネルギーフィルタにおいて、光軸に垂直
な面における磁場分布と電場分布が略同一形状となされ
ていることを特徴とする。

［作用コ 本発明に係るＥ×Ｂ型エネルギーフィルタにおいては、
電極間距離と磁極間距離とが略同一となされているので
、光軸に沿った磁場分布および電場分布の形状はフリン
ジ塩をも含めて略同一形状であり、また、光軸に垂直な
面においても磁場分布と電場分布は略同一形状となされ
ているので、光軸を中心とした広い範囲に渡ってウィー
ン条件を満足させることができる。

［実施例コ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

ます、本発明に係るＥ×Ｂ型エネルギーフィルタの第１
の実施例について説明するが、その構成は第１図に示す
と同様であり、また、電極２，２′を形成する材料につ
いては従来と同様に銅、アルミニウム等の非磁性材料で
あるが、磁極１，１′のヨークあるいはポールピースを
構成する材料として、強磁性体で電気抵抗が十分に高く
、且つ完全な絶縁体でない材料、例えばフェライト、を
使用する点で従来のものと異なっている。これによって
、磁極１，１′が電場に及ぼす影響を無視することがで
きるようになり、磁場および電場は共に２極構造となる
ので、磁場分布、電場分布はそれぞれ第５図のＢ、　　
Ｅで示すように、光軸Ｚを中心として広い範囲で−様な
分布とすることができる。

従って、容易にフリンジ塩においてもウィーン条件を満
足させることができる。なお、磁極１゜１′を形成する
材料として完全な絶縁体を使用しない理由は、荷電粒子
が磁極１，１′にチャージアップすることを防止するた
めである。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

エネルギーフィルタの構成は第１図に示すものと同様で
あり、また、磁極１，１′を形成する材料は従来と同様
に鉄やパーマロイ等の強磁性と共に導電性を有する金属
であるが、電極を形成する材料として、導電性を有し、
且つ磁性あるいは強磁性を示す材料、例えば鉄あるいは
パーマロイ等、を使用する点で従来のものと異なってい
る。

以上の構成によれば、磁極１，１′は電場に影響を与え
、電極２，２′は磁場に影響を与える。即ち、磁極１，
１′は電極として作用し、電極２，２′は磁極として作
用することになるので、磁場および電場は共に４極構造
となる。

このときの磁場分布Ｂ１　電場分布Ｅは第６図に示すよ
うになる。この分布は第５図に示すような一様性は有し
ていないが、磁場分布Ｂと電場分布Ｅの形状は略同一に
できるので、フリンジ塩においてもウィーン条件を満足
させることができる。

次に本発明に係る第３の実施例について説明する。磁極
面を傾斜させることについては上述した通りであるが、
磁極面を傾斜させることは非点なし結像を達成する意味
においても重要である。即ち、磁極面の傾斜角を磁極お
よび電極の構造に応じて設定することによって荷電粒子
の非点収差を補正することができることが知られている
。しかし、磁極の加工精度、組立精度、そしてエネルギ
ーフィルタ内での荷電粒子の振舞いが完全に解明されて
いない等の理由により、たとえ磁極、電極が設計通りに
加工され、組み立てられたとしても、磁極面の傾斜角を
修正する必要に迫られることがあった。

そこで、第３の実施例においては、上記第２の実施例の
構成において電極にコイルを巻回し、該コイルに供給す
る励磁電流を調整することにより磁場分布を補正するの
である。

第７図は第３の実施例の構成例を示す図であり、磁極Ｉ
１１′のヨークあるいはポールピースは鉄やパーマロイ
等の強磁性と共に導電性を有する金属で形成され、その
フィル３，３′には所定の励磁電流が供給されて、所定
の磁場分布を形成している。

また、電極２，２′も、導電性を有し、且つ磁性あるい
は強磁性を示す材料、例えば鉄あるいはパーマロイ等、
で形成されており、それぞれ磁場分布補正用コイル４，
４′が巻回されている。

コイル３，３′および磁場分布補正用コイル４゜４′に
供給される励磁電流は次のようである。いま、第８図（
ａ）に示すように磁Ｂ！、１’がそれぞれ強度がＳＩｌ
のＳ極、強度がＮ８のＮ極であるような励磁電流■８が
コイル３．３′供給されており、磁場分布補正用コイル
４，４′には電極２，２′が共に強度がＳ、のＳ極とな
るような励磁電流■、が供給されたとする。このときコ
イル３，３′に供給される励磁電流は、電極２，２′に
形成された磁極とは逆極性のＮ極であり、その強度はＳ
、と同し強度のＮ、である磁極が形成されるように変更
される。

つまり、フィル３には励磁電流（Ｉｓ　　Ｉ＋）が供給
されて、磁極１は（Ｓｓ十Ｎ＋）の強度を有する磁極と
なり、コイル３′には励磁電流（Ｉａ＋Ｉ＋）が供給さ
れて、磁極１′は（Ｎｉ＋Ｎ＋）の強度を有する磁極と
なる。

また、磁場分布補正用コイル４，４′に電極２゜２′が
共に強度がＮ１のＮ極となるような励磁電流１１が供給
された場合には、磁極１，１′は第８図（ｂ）に示すよ
うになされる。

以上のように、二つの電極は同極性、同強度の磁極とな
るように、二つの磁極には電極に形成された磁極を打ち
消すような磁極が発生させるようにするのである。そし
て、電極に形成される磁極の強度を調整することは、磁
極面の傾斜角を変更したと等価であるので、これにより
非点収差の補正を容易に行えることは勿論のこと、フリ
ンジ場の補正を行うこともできるものである。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光軸
に垂直な面における磁場分布の形状と電場分布の形状を
略同一とできるので、フリンジ場においても容易にウィ
ーン条件を満足させることができる。

また、磁極および電極を共に鉄あるいはパーマロイで形
成した場合には、電極にコイルを巻回し、該コイルに供
給する励磁電流を調整することによって磁場分布を調整
できるので、非点収差の補正、フリンジ場の補正を容易
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＥ×Ｂ型エネルギーフィルタの構成例を示す図
、第２図はフリンジ場を説明するための図、第３図は従
来のＥ×Ｂ型エネルギーフィルタにおける光軸に垂直な
面での磁場分布と電場分布を示す図、第４図はＥ×Ｂ型
エネルギーフィルタの他の構成例を示す図、第５図は本
発明の第１の実施例で形成される磁場分布および電場分
布を示す図、第６図は本発明の第２の実施例で形成され
る磁場分布および電場分布を示す図、第７図は本発明の
第３の実施例を説明するための図、第８図は本発明の第
３の実施例で形成される磁極の例を示す図である。 １．１′　　・・・磁極、２．　２’　・・・電極。 第１図 出　　願　　人　日本電子株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電場と磁場が互いに直交して形成されてなり、且
   つ電極間距離と磁極間距離とが略同一となされたＥ×Ｂ
   型エネルギーフィルタにおいて、光軸に垂直な面におけ
   る磁場分布と電場分布が略同一形状となされていること
   を特徴とするＥ×Ｂ型エネルギーフィルタ。
2. （２）電極は非磁性体で形成され、磁極のヨークあるい
   はポールピースは、強磁性を有し、且つ電場に影響を及
   ぼさない材料で形成されていることを特徴とする請求項
   １記載のＥ×Ｂ型エネルギーフィルタ。
3. （３）磁極のヨークあるいはポールピースは強磁性を示
   し、且つ導電性を有する金属で形成され、電極は、導電
   性を有し、且つ磁性または強磁性を有する材料で形成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のＥ×Ｂ型エネ
   ルギーフィルタ。
4. （４）電極には磁場分布補正用のコイルが巻回されてな
   ることを特徴とする請求項３記載のＥ×Ｂ型エネルギー
   フィルタ。