JPH04163842A - 電子顕微鏡等における磁界形レンズ - 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 本発明は電子顕微鏡に使用される磁界形レンズに藺する
。

［従来の技術］ 従来、電子顕微鏡等の集束レンズや対物レンズとして使
用される磁界形レンズは、表面が絶縁被膜によって被覆
された線状の導体を環状に旋回したコイルを環状のヨー
ク内に嵌合したり、あるいは前記環状ヨークの中ヨーク
（内筒）に線材を直接旋回することにより形成されてい
る。

ところで、上述したような電子顕微鏡等のレンズに使用
されるコイルは、通常多量の熱を発生するためレンズを
長時間安定に使用するためにはコイルを冷却し放熱させ
る必要がある。

第４図に電子顕微鏡に使用される集束レンズの構造を示
す。第４図において１は環状に形成されたヨーク、２は
断面が円形の導線を環状に旋回して形成されたコイル、
３ａ、３ｂは冷却水を循環させる管４が埋設された環状
の金属製の冷却ブロックである。この第１図に示すよう
な構成のレンズでは、コイル２の上面と下面を冷却ブロ
ック３ａ、３ｂを介してヨーク１と接触させて冷却を行
なうと共に、コイル２の側面を直接ヨーク１と接触させ
て放熱を図るようにしている。また、第５図に示すよう
な走査電子顕微鏡等に使用される対物レンズにおいては
、レンズ（ヨーク）の形状が小くヨーク１と該ヨーク内
に嵌合されるコイル２との間に冷却ブロックを設けるこ
とが難しいため、ヨーク１とコイル２を直接接触させて
おき、ヨーク外側に冷却ブロック３を設けて該ヨーク１
を冷却することによってコイル２の放熱を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ さて、コイルにおいて発生される熱は、コイルの内部よ
り外周部へ熱伝達されるが、第４図及び第５図に示した
ような断面が円形の導線５を使用した場合、該隣接する
線材同士の接触面が少なくなるため熱伝達は悪くなる。

また、該線材５と冷却ブロック３が接触する部分や線材
５とヨーク１が直接接触する部分においても同様に熱伝
達が悪くなる。

このように熱伝達の良否はコイルの断面積に対する該断
面積内の線材（導体）の総断面積の比によって決まるス
ペースファクタによって評価されるので、線材の形状や
巻き方や線材の絶縁被膜の厚さ等の改良により、より効
率の良いレンズを得ることが可能である。

そのため、第６図に示すような断面形状が四角形の導線
６を環状に旋回して形成したコイルを使用することによ
り、線材間の接触状態や線材と冷却ブロック及び線材と
ヨークの接触状態が良くなるため、熱伝達の状態は良く
なる。

しかしながら、第４図乃至第６図に示したレンズに使用
される環状コイルは、いずれも環の内側、例えば図中Ａ
点から線材の旋回を開始し、環の中心から最も遠い外周
部分Ｂ点で巻き終わるように形成されるため、該コイル
に電流を供給するためのコイルの巻き始め端部は第４図
及び第５図に示すようにヨーク下面と冷却ブロックとの
間に設けた数ｍｍの隙間Ｃを介してヨークの外側へ取り
出さなければならない。この線を取り出すための間隙部
分（空間）は上述したスペースファクタよりも熱伝達の
状態を悪くする要因となるため、磁界形レンズの性能を
低下させる問題とされている。

またさらに、第５図に示すような鋭角な角部を有するヨ
ーク形状の場合には角部で線材とヨークとが接触し難く
なり空間が発生し同様に熱伝達が悪くなる。

本発明は、上述した問題点を考慮し、コイルの放熱また
は冷却を効率良（行なうことにより、その光学的性能を
十分に発揮することのできる電子顕微鏡等における磁界
形レンズを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電子顕微鏡等における磁界形レンズは、環
状の励磁コイルでの一端がコイル外周部から取り出され
ると共にその他端がコイルの内周部から取り出された第
１のコイルと、前記第１のコイルとコイルの旋回方向が
逆で一端が外周部から取り出されると共にその他端が前
記環状の励磁コイルの内周部から取り出された第２のコ
イルを積層して配置し、前記第１及び第２コイルの内周
部から取り出された端部同士を接続すると共に外周部か
ら取り出された端部を入出力端とする一連のコイルを形
成し、該コイルを環状ヨーク内に嵌合したことを特徴と
している。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明するための装置構成図
である。第１図に示す実施例において、第４図と同一の
構成要素には同一番号を付すと共に説明を省略する。第
１図に示す実施例が従来例と異なるのは、環状の励磁コ
イルを形成する線材（断面形状は四角形）の一端０がコ
イル外周部から取り出されると共にその他端ｐがフィル
の内周部から取り出された第１のコイル２ａと、前記コ
イル２ａとは線材の旋回方向が逆で一端ｑが外周部から
取り出されると共にその他端ｒが前記環状の励磁コイル
の内周部から取り出された第２のコイル２ｂを設け、前
記コイル２ａ及び２ｂの内周部から取り出された端部ｐ
、ｑ同士を接続して一連のコイルを形成するようにし、
前記コイル２ａ及び２ｂ外周部から取り出された端部ｏ
、　　ｒを入出力端としている点である。

このように逆方向に旋回された２つのコイルの巻き始め
ｐ、　　ｑ同士を環状コイルの内側で接続して一連のコ
イルを形成することにより、コイルの両端部ｏ、ｒ（入
出力端）をコイルの外周部からヨーク外部へ取り出すこ
とができる。従って、従来のようにコイル巻き始め端部
をコイル下面と冷却ブロックとの間に隙間を設けて取り
出す必要がなくなるため、コイル下面と冷却ブロック（
または単にコイル下面とヨーク）とを密着させることが
できるようになる。そのため、コイルの放熱または冷却
の効率が良くなり、レンズの性能を十分に発揮させるこ
とができるようになる。なお、このとき接続された２つ
のコイル２ａと２ｂの旋回方向は逆向きとされているた
め、夫々コイルで発生される磁界の向きは一致すること
になる。従って、前記入出力端より励磁電流を供給する
ことによりヨークの間隙に生じるレンズ磁界には同等影
響を与えない。

次に、第２図に基づいて本発明の第２の実施例を説明す
る。第２図に示す第２の実施例が第１図に示す実施例と
異なるのは、各環状の励磁コイルを形成する導体が絶縁
膜によって覆われた薄い帯状の導体７によって形成され
ており、逆方向に旋回された２つのコイル２ａ、２ｂ及
び２ｃ、　２ｄの巻き始めｐ、ｑ及びｐ＝、ｑ−同士を
環状コイルの内側で接続した一連のコイルを２段に積層
して、さらに隣接するコイル２ｂ、２Ｃの外周部から取
り出される端部ｒとＯ′とを接続すると共に積層された
コイルの両端に位置するコイル２ａ及び２ｄの外周部か
ら取り出されたコイル端部０とｒ−を入出力端としてい
る点である。このような構成と成すことにより、従来の
断面が円形または四角形に形成された線材同士を旋回し
て形成したコイルよりも線材同士の接触状態が良くなる
、即ちスペースファクタが増すと共に、コイル側面とヨ
ークとが密着されるため、コイルの放熱または冷却の効
率がさらに向上して、レンズの性能が向上する。

また、第３図に示す第３の実施例においては、前記帯状
導体７の巻位置を帯体の幅方向にずらしながら環状に旋
回して、コーン状に形成されたヨーク８に嵌合するよう
な形状のコイル２ａ及び２ｂを形成するようにしたもの
である。これらのコイル２ａ及び２ｂの旋回方向及び接
続方法は上述した実施例と同じなのでここでは説明を省
略する。

このように帯状導体の巻位置を帯体の幅方向にずらしな
がら環状に旋回した場合、第６図に示すように、容易に
コイルの断面形状をヨーク内空間の形状に合致する形状
とすることができるので、コイル端面とヨーク内面とを
密着させることができる。従って、ヨーク外側に冷却ブ
ロック３を設けて該ヨーク８を冷却することによってコ
イルの放熱を図っている走査電子顕微鏡の対物レンズな
どにおいても、コイルの放熱または冷却の効率を　　　
　　−向上させることができるので、レンズの性能を向
上させることができる。

尚、上述した第１の実施例においてはコイルの線材の断
面形状が四角形の場合について述べたが、該線材の断面
形状は円形のものであっても良い。

また、第２の実施例においては全てのコイルを帯状の導
体によって形成されるコイルとした場合について述べた
が、該コイルは冷却ブロックと接触するコイルのみを帯
状の導体によって形成して熱伝達を良くするようにして
も良い。

［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、環状の
励磁コイルでの一端がコイル外周部から取り出されると
共にその他端がコイルの内周部から取り出された第１の
コイルと、前記第１のコイルとコイルの旋回方向が逆で
一端が外周部から取り出されると共にその他端が前記環
状の励磁コイルの内周部から取り出された第２のコイル
を積層して配置し、前記第１及び第２コイルの内周部か
ら取り出された端部同士を接続しすると共に外周部から
取り出された端部を入出力端とする一連のコイルを形成
し、該コイルを環状ヨーク内に嵌合したことにより、コ
イルの両端部（入出力端）をコイルの外周部からヨーク
外へ取り出すことができるようになる。そのため、コイ
ルをヨークに嵌合した際にコイル下面と冷却ブロック（
または単にコイル下面とヨーク）とを密着させることが
できるようになるので、コイルの放熱または冷却の効率
が良くなり、レンズを安定に動作させることができるよ
うになる。

また、前記コイルを帯状の導体を旋回して形成すること
によりスペースファクタを大きくすることができると共
に、コイルをヨークに嵌合した際にコイル端部と冷却ブ
ロックまたはヨークとを密着させることができるように
なるので、コイルの放熱または冷却を効率がさらに向上
するため、レンズを安定に動作させることができる。ま
た、冷却効率が良くなることにより、従来よりもレンズ
電流を増加させることができるためレンズの性能を向上
させることができる。

さらに、帯状導体の巻位置を帯体の幅方向にずらしなが
ら環状に旋回してコイルを形成することにより、容易に
コイルの断面形状をヨーク内空間に合致した形状に形成
することができるので、コイル端面とヨーク内面とを密
着させることができる。従って、ヨーク外側に冷却ブロ
ックを設けて該ヨークを冷却することによってコイルの
放熱を図っている走査電子顕微鏡の対物レンズなどにお
いても、コイルの放熱または冷却の効率を向上させるこ
とができるので、従来よりもレンズの性能を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁界形レンズの一実施例を説明す
るための装置構成図、第２図は本発明の第２の実施例を
説明するための図、第３図は本発明の第３の実施例を説
明するための図、第４図乃至第６図は従来の磁界形レン
ズの構成を説明するための図である。 １：ヨーク ２ａ、２ｂ：コイル ３：冷却ブロック ４：管 ７：帯状導体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）環状の励磁コイルでの一端がコイル外周部から取
   り出されると共にその他端がコイルの内周部から取り出
   された第１のコイルと、前記第１のコイルとコイルの旋
   回方向が逆で一端が外周部から取り出されると共にその
   他端が前記環状の励磁コイルの内周部から取り出された
   第２のコイルを積層して配置し、前記第１及び第２コイ
   ルの内周部から取り出された端部同士を接続すると共に
   外周部から取り出された端部を入出力端とする一連のコ
   イルを形成し、該コイルを環状ヨーク内に嵌合したこと
   を特徴とする電子顕微鏡等における磁界形レンズ。
2. （２）前記コイルの１つ以上が帯状体を旋回して形成さ
   れたコイルであることを特徴とする請求項１記載の電子
   顕微鏡等における磁界形レンズ。
3. （３）前記帯状体の巻位置を帯体の幅方向にずらしなが
   ら環状に旋回してコイルを形成し、該コイルをコーン状
   に形成されたヨーク内に嵌合するようにしたことを特徴
   とする請求項２に記載の電子顕微鏡等における磁界形レ
   ンズ。