JPS6338825B2 - - Google Patents

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JPS6338825B2
JPS6338825B2 JP56036635A JP3663581A JPS6338825B2 JP S6338825 B2 JPS6338825 B2 JP S6338825B2 JP 56036635 A JP56036635 A JP 56036635A JP 3663581 A JP3663581 A JP 3663581A JP S6338825 B2 JPS6338825 B2 JP S6338825B2
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JP
Japan
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coil
lens
excitation
magnetomotive force
coils
Prior art date
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Expired
Application number
JP56036635A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57151160A (en
Inventor
Akira Yonezawa
Tetsuo Iwaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akashi Seisakusho KK
Original Assignee
Akashi Seisakusho KK
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Publication date
Application filed by Akashi Seisakusho KK filed Critical Akashi Seisakusho KK
Priority to JP3663581A priority Critical patent/JPS57151160A/en
Publication of JPS57151160A publication Critical patent/JPS57151160A/en
Publication of JPS6338825B2 publication Critical patent/JPS6338825B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子顕微鏡の電子レンズ、特に起磁力
を段階的或は連続的に変動する間において、単位
時間当りの発熱量がほぼ一定になるように改良し
た電子レンズに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electron lens for an electron microscope, and in particular to an electron lens improved so that the amount of heat generated per unit time remains approximately constant while the magnetomotive force is varied stepwise or continuously. It is something.

従来からの電子顕微鏡に使われる電子レンズの
構造としては、たとえば第1図に示すようなもの
がある。これは第1図に示すような円筒体から成
り内周部分中央部にレンズ間隙2を形成している
ヨーク1と、ヨーク1内に配置されたコイル巻枠
3に巻装された励磁コイル5と、励磁コイル5に
電流を導通して励磁させたときに発生するジユー
ル熱を冷却するため、コイル巻枠3の外側に隣接
して配設された冷却手段4とから成り、励磁コイ
ル5には、第2図に示すような電気回路によつて
電流を導通している。この電気回路は、電源7
と、この電源7に接続されたトランジスタ等の制
御素子8と、この制御素子8にそれぞれ別個に接
続された励磁コイル5及び増幅器9と、この増幅
器9の作動を制御する可変抵抗10とから成る。
そして、可変抵抗10を操作することによつて、
励磁コイル5を流れる電流の強さを変えて起磁力
を調節することができる。そして、この励磁コイ
ル5から発生するジユール熱を冷却手段4によつ
て冷却するようになつている。
An example of the structure of an electron lens used in a conventional electron microscope is shown in FIG. This consists of a yoke 1 which is made of a cylindrical body as shown in FIG. 1 and has a lens gap 2 at the center of its inner circumference, and an excitation coil 5 wound around a coil winding frame 3 disposed inside the yoke 1. and a cooling means 4 disposed adjacent to the outside of the coil winding frame 3 in order to cool down the Joule heat generated when the excitation coil 5 is excited by conducting current. conducts current through an electrical circuit as shown in FIG. This electrical circuit consists of power supply 7
, a control element 8 such as a transistor connected to this power supply 7, an excitation coil 5 and an amplifier 9 that are each separately connected to this control element 8, and a variable resistor 10 that controls the operation of this amplifier 9. .
Then, by operating the variable resistor 10,
The magnetomotive force can be adjusted by changing the strength of the current flowing through the exciting coil 5. The joule heat generated from the excitation coil 5 is cooled down by the cooling means 4.

しかし、上に示した様な構造の電子レンズにお
いては、冷却手段による冷却操作は未だ充分では
なく励磁コイル5とヨーク1との間を完全に熱的
に遮断することは難しい。特に、走査型電子顕微
鏡やX線マイクロアナライザー等の対物レンズに
は、ワーキングデイスタンスを小さくする等の理
由で比較的小さな断面積に励磁コイル5を作り、
この励磁コイル5に大電流が流れる様にしたミニ
レンズが使用されることがある。この場合、励磁
コイル5から発生するジユール熱が極めて大きい
上に、励磁コイル5とヨーク1との間を完全に断
熱することは困難であるから、レンズの起磁力を
変化させるとヨーク1に伝わる熱量も大幅に変
る。このため、レンズ間隙やレンズ口径等が熱膨
張変化してフオーカスドリフトが生じ易くなる。
また、高分解能電子顕微鏡、分析電子顕微鏡等に
おいては、試料近傍に設けられたミニレンズや対
物レンズ等の励磁を大幅に変化させたい場合があ
る。かかる変化をさせると、試料ホルダーあるい
は試料ステージが熱による影響を受けて膨張ある
いは収縮し、試料ドリフトを引き起して像観察上
大きな障害となる。
However, in the electron lens having the structure shown above, the cooling operation by the cooling means is still insufficient, and it is difficult to completely thermally isolate the excitation coil 5 and the yoke 1. In particular, for objective lenses such as scanning electron microscopes and X-ray microanalyzers, the excitation coil 5 is made to have a relatively small cross-sectional area in order to reduce the working distance.
A mini lens in which a large current flows through the excitation coil 5 is sometimes used. In this case, the Joule heat generated from the excitation coil 5 is extremely large, and it is difficult to completely insulate the space between the excitation coil 5 and the yoke 1, so if the magnetomotive force of the lens is changed, it will be transmitted to the yoke 1. The amount of heat also changes significantly. For this reason, the lens gap, lens aperture, etc. change due to thermal expansion, and focus drift is likely to occur.
Furthermore, in high-resolution electron microscopes, analytical electron microscopes, and the like, there are cases where it is desired to significantly change the excitation of a mini-lens, objective lens, etc. provided near the sample. When such changes occur, the sample holder or sample stage expands or contracts under the influence of heat, causing sample drift, which becomes a major hindrance to image observation.

このような、励磁コイル5における発熱量変化
によつて生じるフオーカスドリフト、試料ドリフ
トを低減するために、従来から、励磁コイル5を
二つのコイルから構成し、レンズの起磁力がJo
のときは各コイルによつて同じ方向を向いたJo/2 の起磁力を発生させる一方、レンズの起磁力を0
にしたい時は一方のコイルにはJo/2の起磁力を発 生させると共に、他方のコイルには逆向きの電流
を導通して−Jo/2の起磁力を発生させることによ り、レンズの起磁力がJoのときと0のときでは
各コイルから発生する熱量を同じにする構成例が
ある。
In order to reduce such focus drift and sample drift caused by changes in the amount of heat generated in the excitation coil 5, the excitation coil 5 has conventionally been constructed from two coils, so that the magnetomotive force of the lens is
When , each coil generates a magnetomotive force of Jo/2 pointing in the same direction, while the magnetomotive force of the lens is set to 0.
When you want to increase the magnetomotive force of the lens, generate a magnetomotive force of Jo/2 in one coil, and conduct a current in the opposite direction to the other coil to generate a magnetomotive force of -Jo/2. There is an example of a configuration in which the amount of heat generated from each coil is the same when Jo is 0.

しかしながら、この様な従来例においては、レ
ンズの起磁力をJoにする時と0にする時だけコ
イルからの発熱量の総和が同じになるが、その他
の任意の励磁においては上記コイルからの発熱量
の総和を一定にすることはできない。なぜなら二
つのコイルには常に同じ強さの電流が流れるよう
にしてあり、一方のコイルに対して他方のコイル
の極性を反転させるだけの作用しか行わないから
である。このようなコイル極性を反転させる方式
を採つたレンズでは、コイルの個数を増加させれ
ば、発熱量総和が一定という条件の下で得られる
起磁力の種類を増加させることは可能であるが、
レンズの起磁力が一定の制限を受け、構造上の問
題からコイルの個数が限られてしまい、また、コ
イル励磁回路中で、コイルの磁性反転を行う回路
が増加し繁雑になるため実用的でないという問題
があつた。
However, in such a conventional example, the sum of the amount of heat generated from the coil is the same only when the magnetomotive force of the lens is set to Jo and 0, but in any other excitation, the amount of heat generated from the coil is the same. The sum of quantities cannot be made constant. This is because current of the same strength always flows through the two coils, and the only effect on one coil is to reverse the polarity of the other coil. In a lens that uses such a method of reversing the coil polarity, by increasing the number of coils, it is possible to increase the types of magnetomotive force that can be obtained under the condition that the total amount of heat generation is constant.
It is not practical because the magnetomotive force of the lens is subject to certain limitations, the number of coils is limited due to structural issues, and the number of circuits that reverse the magnetism of the coil increases in the coil excitation circuit, making it complicated. There was a problem.

本発明はこの様な従来の問題点に着目してなさ
れたもので、その目的は、励磁コイルを二つのコ
イルによつて構成し、これらのコイルに流れる電
流を多段又は連続的に変化させ、この変化に伴な
いレンズの起磁力を変化させる一方、この間にお
ける各種レンズ起磁力に対して、各コイルから発
生する発熱量の総和がほぼ一定になる様にした電
子レンズを提供することにより、当該電子レンズ
の励磁の変化により生ずるフオーカスドリフト或
は試料ステージのドリフトを最小に抑えた電子レ
ンズを提供し、上記従来の問題点を解決するとで
ある。
The present invention has been made with attention to such conventional problems, and its purpose is to configure an excitation coil with two coils, change the current flowing through these coils in multiple stages or continuously, By providing an electronic lens in which the magnetomotive force of the lens is changed in accordance with this change, and the sum of the amount of heat generated from each coil is approximately constant for various lens magnetomotive forces during this period, the said It is an object of the present invention to provide an electron lens that minimizes focus drift or specimen stage drift caused by changes in excitation of the electron lens, thereby solving the above-mentioned conventional problems.

本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に
説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

第3図及び第4図は本発明の一実施例を示す図
である。この実施例に係る電子レンズは、ヨーク
1と、ヨーク1の内部に配置したコイル巻枠3に
巻装された内側即ち第1のコイル5a及び外側即
ち第2のコイル5bで構成した励磁コイル5と、
励磁コイル5から発生するジユール熱を冷却する
ため、コイル巻枠3の外側に隣接して配設された
冷却手段4とから成る。励磁コイル5を構成して
いる第1のコイル5aは、第3図に示すように巻
線の断面積がa・bであり、レンズ中心軸6から
巻線中心までの距離がr1に設定してある。他方、
第2のコイル5bは巻線の断面積が第1のコイル
5aと同様a・bに設定してあり、レンズ中心軸
6から巻線中心までの距離がr2に設定してある。
なお第1のコイル5aと第2のコイル5bとの間
において、上記の如く断面積が等しく設定してあ
るが、両者の断面積が異なつていてもよい。
FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing an embodiment of the present invention. The electronic lens according to this embodiment includes a yoke 1, an excitation coil 5 which is composed of an inner or first coil 5a and an outer or second coil 5b, which are wound around a coil winding frame 3 disposed inside the yoke 1. and,
In order to cool down the Joule heat generated from the excitation coil 5, the coil winding frame 3 is provided with a cooling means 4 adjacent to the outside thereof. As shown in FIG. 3, the first coil 5a constituting the excitation coil 5 has a winding cross-sectional area of a and b, and the distance from the lens center axis 6 to the winding center is set to r1. It has been done. On the other hand,
The cross-sectional area of the winding of the second coil 5b is set to a and b like the first coil 5a, and the distance from the lens center axis 6 to the winding center is set to r2 .
Although the first coil 5a and the second coil 5b have the same cross-sectional area as described above, they may have different cross-sectional areas.

このように第1及び第2のコイル5a,5bに
よつて励磁コイル5を構成した電子レンズにおい
ては、任意の大きさのレンズ起磁力を得るに際し
て、各々のコイル5a,5bの起磁力を適当に設
定すれば、上記レンズ起磁力を得る一方で単位時
間当りの励磁コイル5からの発熱量の総和を常に
一定にしておくことができる。例えば、各コイル
5a,5bに発生する単位時間当りのジユール熱
(発熱量をWとする)は、次のように見積ること
ができる。
In the electronic lens in which the excitation coil 5 is constituted by the first and second coils 5a and 5b, the magnetomotive force of each coil 5a and 5b is adjusted appropriately to obtain a lens magnetomotive force of an arbitrary magnitude. By setting , it is possible to obtain the lens magnetomotive force while keeping the total amount of heat generated from the excitation coil 5 constant at all times per unit time. For example, the Joule heat generated in each coil 5a, 5b per unit time (the amount of heat generated is W) can be estimated as follows.

一般的にコイルにJc(AT:アンペア・ターン)
の起磁力を発生させる場合、このコイルから発生
する単位時間当りの発熱量Wは、コイル断面を流
れる総電流(従つて起磁力)の二乗に比例し、コ
イルの長さに比例し、さらにコイルの断面積に反
比例する。コイルは通常導電性の金属細線を何回
も巻いて作られるが、ここではコイル束の断面積
(A・Bとする)をコイルの断面積とし、レンズ
中心軸からコイル束断面の中心までの距離(rと
する)の所にコイルが巻装してあるものとして考
察する。コイルの抵抗率ρとすると、次の式が成
立する。
Generally the coil is Jc (AT: Ampere Turn)
When generating a magnetomotive force of is inversely proportional to the cross-sectional area of A coil is usually made by winding a thin conductive metal wire many times, but here, the cross-sectional area of the coil bundle (denoted as A and B) is the cross-sectional area of the coil, and the distance from the central axis of the lens to the center of the cross-section of the coil bundle is Consider the case where the coil is wound at a distance (r). When the resistivity of the coil is ρ, the following equation holds true.

W=ρ2πrJc2/A・B ……(1) なお、抵抗率ρは、導線の種類、コイル断面
A・Bに占める導線部の割合、コイル温度等に依
存する定数であり、実験で求めることができる。
この式(1)に基づき本発明の各コイル5a,5bに
おける発熱量を求める。
W=ρ2πrJc 2 /A・B...(1) The resistivity ρ is a constant that depends on the type of conductor, the proportion of the conductor in the coil cross section A and B, the coil temperature, etc., and can be determined by experiment. Can be done.
Based on this equation (1), the amount of heat generated in each coil 5a, 5b of the present invention is determined.

第1のコイル5aの起磁力をJ1、第2のコイル
5bの起磁力をJ2とすれば、各コイルで発生する
発熱量の総和をWTとすると、次の式が成立する。
If the magnetomotive force of the first coil 5a is J 1 and the magnetomotive force of the second coil 5b is J 2 , and if the total amount of heat generated in each coil is W T , the following equation holds true.

WT=k1J1 2+k2J2 2 ……(2) ここでk1、k2は各コイル5a,5bのコイル形
状、その他の要素によつて決まる定数である。
W T =k 1 J 1 2 +k 2 J 2 2 (2) Here, k 1 and k 2 are constants determined by the coil shape of each coil 5a, 5b and other factors.

また、レンズ間隙2に発生する起磁力Jは、 J=J1+J2 ……(3) で与えられる。レンズコイルを、レンズ中心軸6
の上方から見て反時計回りに電流が流れる場合の
起磁力を正、時計回りの場合を負とし、J1及びJ2
は正又は負の値をとり得るとする。
Further, the magnetomotive force J generated in the lens gap 2 is given by J=J 1 +J 2 (3). Place the lens coil on the lens center axis 6.
J 1 and J 2
can take positive or negative values.

いま、レンズ起磁力の最大値をJMとすると、総
発熱量WTの極小値(WTminとする)は式(2)及び
(3)から求めることができ、 WTmin=k1・k2/k1+k2・JM 2 ……(4) で与えられる。
Now, if the maximum value of the lens magnetomotive force is J M , the minimum value (W T min) of the total heat generation amount W T is given by Equation (2) and
It can be obtained from (3), and is given by W T min=k 1・k 2 /k 1 +k 2・J M 2 ……(4).

また、J=JMにおける各コイルの励磁力J1、J2
は J1=K2/K1+K2JM、J2=K1/K1+K2JM ……(5) で与えられる。
Also, the excitation force J 1 , J 2 of each coil at J=J M
is given by J 1 =K 2 /K 1 +K 2 J M , J 2 =K 1 /K 1 +K 2 J M ...(5).

このとき、式(2)、(3)、(4)から、0JJMなる
範囲のレンズ起磁力Jに対して、各コイル5a,
5bで単位時間に発生する熱量の総和が常に式(4)
で与えられるWTminであるような、各コイルの
起磁力J1、J2の値を求めることができる。一例と
して、各コイル5a,5bについて、a=15mm、
b=20mm、とし、第1のコイル5aについてはr1
=20mm、第2のコイル5bについてはr2=40mmと
し、JM=2000(AT)の場合の0JJMの範囲
のレンズ起磁力に対して総発熱量WTが常に一定
となるような各コイル5a,5bのJ1、J2の値を
求めると、第5図のようになる。このグラフにお
いて縦軸は、第1のコイル5a及び第2のコイル
5bの各々について与えられた起磁力J1、J2
個々に示す。また横軸は上記J1とJ2とを加え合わ
せて得られる、励磁コイル5全体の起磁力Jを示
す。即ち、このグラフにおいて、左端においてJ1
は約−900(AT)、J2は約−900(AT)となりJ=
J1+J2は0となり、中央部においてJ1は約−100
(AT)J2は約1100(AT)となりJ=J1+J2は略
1000(AT)となる。更に右端においてJ1は約
1200(AT)J2は約800(AT)となりJ=J1+J2
2000(AT)となる。そして所望のJの値となる
ようにJ1とJ2を定めたときK1J1 2+K1J2 2で定まる
発熱量は常に一定となるように設定されている。
このように、0J2000(AT)の或る値の励
磁コイル5起磁力を得るに際して、このグラフに
示したJ1、J2に各コイル5a,5bの起磁力を設
定すれば、励磁コイル5から発生する熱量を一定
に保つことが出来、励磁変化に伴う発熱変化によ
つてフオーカスドリフトや試料ステージのドリフ
トを防止することが出来る。
At this time, from equations (2), (3), and (4), for the lens magnetomotive force J in the range of 0JJM , each coil 5a,
5b, the total amount of heat generated per unit time is always expressed as formula (4)
It is possible to find the values of the magnetomotive force J 1 and J 2 of each coil, which is W T min given by . As an example, for each coil 5a, 5b, a=15mm,
Let b=20mm, and r 1 for the first coil 5a.
= 20 mm, and for the second coil 5b, r 2 = 40 mm, and the total heat generation amount W T is always constant for the lens magnetomotive force in the range of 0 J J M when J M = 2000 (AT). The values of J 1 and J 2 of the coils 5a and 5b are determined as shown in FIG. In this graph, the vertical axis indicates the magnetomotive forces J 1 and J 2 given to each of the first coil 5a and the second coil 5b, respectively. Further, the horizontal axis indicates the magnetomotive force J of the entire exciting coil 5, which is obtained by adding the above J 1 and J 2 . That is, in this graph, J 1 at the left end
is approximately -900 (AT), J 2 is approximately -900 (AT), and J =
J 1 + J 2 is 0, and J 1 is about -100 in the center
(AT) J 2 is approximately 1100 (AT), and J = J 1 + J 2 is abbreviated.
1000 (AT). Furthermore, at the right end, J 1 is approximately
1200 (AT) J 2 becomes approximately 800 (AT), and J = J 1 + J 2 is
2000 (AT). When J 1 and J 2 are determined so as to obtain a desired value of J, the calorific value determined by K 1 J 1 2 +K 1 J 2 2 is set to be always constant.
In this way, when obtaining the magnetomotive force of the exciting coil 5 with a certain value of 0J2000 (AT), if the magnetomotive force of each coil 5a and 5b is set to J 1 and J 2 shown in this graph, the magnetomotive force of the exciting coil 5 can be obtained. The amount of heat generated can be kept constant, and focus drift and sample stage drift due to changes in heat generation due to changes in excitation can be prevented.

このようなグラフ上で所定の励磁コイル5の励
磁力を選択し、これに対応して各コイル5a,5
bに所定の起磁力J1、J2を発生させる電気回路が
第4図に示してある。ここに示した電気回路は、
6段の励磁コイル5の起磁力に対して各コイル5
a,5bの励磁を切り換えるようにしたものであ
る。この電気回路は、電源7に接続された制御素
子8及びこの制御素子8に接続され、当該制御素
子8へ流れる電流を増幅する増幅器9からなる電
力可変手段30と、各々異なつた出力を持つ接点
11a乃至11fを有し、増幅器9への入力電流
を変換させることにより第1のコイル5aの励磁
強さを変える励磁相関値設定回路12と、この励
磁相関値設定回路12を切換操作するため接点1
1a乃至11fに接触するスイツチ機構11とか
ら成る第1のコイル励磁装置31、並びに当該第
1のコイル励磁装置と同様、制御素子18及び増
幅器19からなる電力可変手段40と、接点21
a乃至21fを有し第2のコイル5bの励磁強さ
を変える励磁相関値設定回路22と、スイツチ機
構21とから成る第2のコイル励磁装置41を組
込んで成る。第1のコイル励磁装置は、電源7と
は別に設けたリレー電源14から電力によつて作
動する極性切替機構として作動するリレースイツ
チ13を介して第1のコイル5aに接続されてい
る。リレースイツチ13は、極性切替機構を構成
するもので、第1のコイルの各端子に接続された
スイツチ片13a,13bと、このスイツチ片1
3a,13bを電源7の正極又は負極に接続する
接点13c,13d,13e,13fを有し、オ
フ時にあつては一方のスイツチ片を正極に、他方
のスイツチ片を負極に接続して第1のコイル5a
を第2のコイル5bとは逆の極性に励磁する一
方、リレー作動によつて正極、負極への接続状態
を変更し第1のコイル5aの極性を切換える。こ
のリレースイツチ13はまた、接点15a乃至1
5fを有するリレー作動スイツチ回路15を介し
てリレー電源14に接続され、上記接点15a乃
至15fに接続するリレー作動スイツチ回路15
の作動によつてオン、オフ操作を行う。スイツチ
機構或は回路11,15,21はいずれも互いに
連動するように作動連結され、6段にわたる励磁
コイル5の励磁切換えの間にそれぞれ対応した作
動位置をとる。
The excitation force of a predetermined excitation coil 5 is selected on such a graph, and each coil 5a, 5 is adjusted accordingly.
FIG. 4 shows an electric circuit that generates predetermined magnetomotive forces J 1 and J 2 at magnetomotive force J 1 and J 2 . The electrical circuit shown here is
Each coil 5
The excitation of a and 5b is switched. This electric circuit includes a power variable means 30 consisting of a control element 8 connected to a power source 7, an amplifier 9 connected to the control element 8 and amplifying the current flowing to the control element 8, and contacts each having a different output. 11a to 11f, and an excitation correlation value setting circuit 12 which changes the excitation strength of the first coil 5a by converting the input current to the amplifier 9, and a contact point for switching the excitation correlation value setting circuit 12. 1
1a to 11f, a first coil excitation device 31 consisting of a switch mechanism 11, and similar to the first coil excitation device, a power variable means 40 consisting of a control element 18 and an amplifier 19, and a contact 21.
It incorporates a second coil excitation device 41 comprising an excitation correlation value setting circuit 22 having coils a to 21f and changing the excitation strength of the second coil 5b, and a switch mechanism 21. The first coil excitation device is connected to the first coil 5a via a relay switch 13 which operates as a polarity switching mechanism operated by power from a relay power supply 14 provided separately from the power supply 7. The relay switch 13 constitutes a polarity switching mechanism, and includes switch pieces 13a and 13b connected to each terminal of the first coil, and switch pieces 13a and 13b connected to each terminal of the first coil.
It has contacts 13c, 13d, 13e, 13f that connect the terminals 3a, 13b to the positive or negative terminal of the power source 7, and when the switch is off, one switch piece is connected to the positive terminal and the other switch piece is connected to the negative terminal. coil 5a
is excited to a polarity opposite to that of the second coil 5b, and the connection state to the positive and negative poles is changed by relay operation to switch the polarity of the first coil 5a. This relay switch 13 also has contacts 15a to 1.
A relay operating switch circuit 15 is connected to the relay power supply 14 via a relay operating switch circuit 15 having 5f, and is connected to the contacts 15a to 15f.
The on/off operation is performed by the operation of the . The switch mechanisms or circuits 11, 15, and 21 are all operatively connected to each other and assume corresponding operating positions during excitation switching of the excitation coil 5 in six stages.

従つて、例えば第4図に示すように、スイツチ
機構11が接点11bに接触すると、スイツチ機
構21は接点21bに接触する一方、リレー作動
スイツチ回路15は接点15bに接触してリレー
スイツチ13をオフに保つから、第1及び第2の
コイル5a,5bは互いに異なつた極性で所定の
大きさの起磁力J1、J2を発生させる。そして次の
段階として、スイツチ機構11が接点11eに接
触すると、スイツチ機構21は接点21eに接触
する一方、リレー作動スイツチ回路15は接点1
5eに接触してリレースイツチ13をオン作動さ
せるから、第1及び第2のコイル5a,5bは同
じ極性で所定の大きさの起磁力J1、J2を生じさせ
る。前者及び後者の操作において、第1及び第2
のコイルの起磁力J1、J2はいずれも第5図に示す
グラフを満足しているから、励磁コイル5におけ
る単位時間当りの総発熱量は一定に保たれる。ス
イツチ機構或は回路11,15,21が他の接点
に接触するときも、上記と同様、励磁コイル5に
おける単位時間当りの総発熱量は一定に保たれ
る。
Therefore, for example, as shown in FIG. 4, when the switch mechanism 11 contacts the contact 11b, the switch mechanism 21 contacts the contact 21b, and the relay operating switch circuit 15 contacts the contact 15b to turn off the relay switch 13. Therefore, the first and second coils 5a and 5b generate magnetomotive forces J 1 and J 2 of predetermined magnitude with mutually different polarities. In the next step, when the switch mechanism 11 contacts the contact 11e, the switch mechanism 21 contacts the contact 21e, while the relay operating switch circuit 15 contacts the contact 11e.
5e to turn on the relay switch 13, the first and second coils 5a and 5b generate magnetomotive forces J 1 and J 2 of the same polarity and a predetermined magnitude. In the former and latter operations, the first and second
Since the magnetomotive forces J 1 and J 2 of the coils both satisfy the graph shown in FIG. 5, the total amount of heat generated per unit time in the excitation coil 5 is kept constant. Even when the switch mechanism or circuits 11, 15, and 21 come into contact with other contacts, the total amount of heat generated per unit time in the excitation coil 5 is kept constant as described above.

また、各コイル起磁力J1、J2の、レンズ起磁力
Jに対する変化が線形ととみなされる範囲におい
ては、電気回路を多少変更し、総発熱量をほぼ一
定として、連続的に起磁力Jを変化させることが
出来る。さらに、第5図中に示してあるJ1、J2
グラフを折線で近似すれば、起磁力Jを0から最
大値までの全範囲にわたり、連続的に変化させる
ことができる電気回路を構成することも可能であ
る。
In addition, in the range where the change of each coil magnetomotive force J 1 and J 2 with respect to the lens magnetomotive force J is considered linear, the electric circuit is slightly changed, and the total heat generation amount is kept almost constant, and the magnetomotive force J is continuously changed. can be changed. Furthermore, if the graph of J 1 and J 2 shown in Fig. 5 is approximated by a broken line, an electric circuit that can continuously change the magnetomotive force J over the entire range from 0 to the maximum value can be constructed. It is also possible to do so.

なお、上記実施例においては、励磁コイル5を
第1及び第2の二つのコイル5a,5bによつて
構成している電子レンズを具体例として挙げた
が、励磁コイル5は三個以上のコイルによつて構
成してももちろんよい。例えば、対称型の対物レ
ンズにおいては、試料ホルダーが光軸即ちレンズ
中心軸6に対して垂直な方向に挿入されるため、
レンズコイルは通常上下に分割され、各コイルは
直列に接続されている。この場合、各コイルに互
いに異なつた電流が導通するように変更し、上と
同様な方法で上下のコイルの励磁を総発熱量が一
定となるように変化させても、二つのコイルは単
に上方部分と下方部分とに分離して配置してある
だけであるため、熱の流れは大きく変化してしま
う。
In the above embodiment, an electronic lens in which the excitation coil 5 is composed of two first and second coils 5a and 5b is given as a specific example, but the excitation coil 5 may be composed of three or more coils. Of course, it may also be configured by For example, in a symmetric objective lens, the sample holder is inserted in a direction perpendicular to the optical axis, that is, the lens center axis 6, so
The lens coil is usually divided into upper and lower parts, and each coil is connected in series. In this case, even if you change the coils to conduct different currents and change the excitation of the upper and lower coils in the same way as above so that the total heat generation amount is constant, the two coils will simply flow upward. Since the upper part and the lower part are simply arranged separately, the flow of heat changes greatly.

したがつて、本発明の変更例として、第6図に
示すような構造の電子レンズを作り、上記欠点を
解決することができる。この電子レンズは、上下
に分離配置されたコイル5,25のそれぞれを、
さらに分割し、四個のコイル5a,5b,25
a,25bによつて励磁コイルとしている。そし
てコイル5a,25aにはJ1の起磁力Jを発生さ
せ、コイル5b,25bにはJ2の起磁力を発生さ
せるようにすれば、比較的広範囲にわたつてレン
ズ起磁力を変化させたときでも試料ステージのド
リフトを著しく小さくすることができる。
Therefore, as a modification of the present invention, an electron lens having a structure as shown in FIG. 6 can be made to solve the above-mentioned drawbacks. This electronic lens has coils 5 and 25 arranged vertically separately.
Further divided into four coils 5a, 5b, 25
a and 25b serve as an exciting coil. If the coils 5a and 25a generate a magnetomotive force J of J1 , and the coils 5b and 25b generate a magnetomotive force J2 , when the lens magnetomotive force is changed over a relatively wide range, However, the drift of the sample stage can be significantly reduced.

このため、例えば分析電子顕微鏡のように、比
較的広範囲にわたつて対物レンズ励磁を変化させ
る必要がある装置における操作性が向上する。
Therefore, the operability of an apparatus such as an analytical electron microscope that requires changing objective lens excitation over a relatively wide range is improved.

以上述べたように、本発明によれば、励磁コイ
ルを分割し、分割したコイルに流れる電流を所定
の条件に沿うように規制した電子レンズを提供し
たため、励磁コイルでの単位時間当りの総発熱量
を常時一定に保つことができるようになり、
SEM、XMA等の対物レンズのフオーカスドリフ
トを著しく低減させることができるようになつ
た。また高分解能電子顕微鏡、分析電子顕微鏡等
において、対物レンズ等の起磁力の変化に伴うフ
オーカスドリフトや試料ステージのドリフトを大
幅に低下させることができるようになつた。
As described above, according to the present invention, an electronic lens is provided in which the excitation coil is divided and the current flowing through the divided coils is regulated to meet predetermined conditions, so that the total heat generated per unit time in the excitation coil is The amount can now be kept constant at all times,
It has become possible to significantly reduce the focus drift of objective lenses such as SEM and XMA. Furthermore, in high-resolution electron microscopes, analytical electron microscopes, and the like, it has become possible to significantly reduce focus drift and sample stage drift caused by changes in the magnetomotive force of objective lenses, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の電子レンズの一構造例を示す
断面図である。第2図は、上記電子レンズの従来
例において使用される電気回路図である。第3図
は、本発明の一実施例に係る電子レンズの構造を
示す断面図である。第4図は、上記本発明の実施
例において、任意のレンズ起磁力Jに対して相関
したコイル起磁力J1、J2を発生させるための制御
回路を示す図である。第5図は、本発明の一実施
例において、0から2000(AT)までの任意のレ
ンズ起磁力Jに対して、二個のコイルでの単位時
間当りの発熱量の和を一定にするための各コイル
の起磁力J1、J2の相関例を示す図である。第6図
は、対物レンズに適用した本発明の変更例を示す
図である。 1……ヨーク、2……レンズ間隙、3……コイ
ル巻枠、4……冷却手段、5……励磁コイル、6
……レンズ中心軸、7……電源、8,18……制
御素子、9,19……増幅器、12,22……励
磁相関値設定回路、13……リレースイツチ、1
1,21……スイツチ機構、15……リレー作動
スイツチ回路、30,40……電力可変手段、3
1,41……コイル励磁装置。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of a conventional electronic lens. FIG. 2 is an electric circuit diagram used in the conventional example of the electronic lens. FIG. 3 is a sectional view showing the structure of an electron lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a control circuit for generating coil magnetomotive forces J 1 and J 2 correlated to an arbitrary lens magnetomotive force J in the embodiment of the present invention. Figure 5 shows how to make the sum of the heat generation amount per unit time in two coils constant for any lens magnetomotive force J from 0 to 2000 (AT) in one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an example of the correlation between the magnetomotive forces J 1 and J 2 of each coil. FIG. 6 is a diagram showing a modification of the present invention applied to an objective lens. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Yoke, 2... Lens gap, 3... Coil winding frame, 4... Cooling means, 5... Excitation coil, 6
... Lens center axis, 7 ... Power supply, 8, 18 ... Control element, 9, 19 ... Amplifier, 12, 22 ... Excitation correlation value setting circuit, 13 ... Relay switch, 1
1, 21...Switch mechanism, 15...Relay operating switch circuit, 30, 40...Power variable means, 3
1,41...Coil excitation device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 共通の中心を有し内側及び外側のコイル5
a,5bを有する電子レンズ5の当該コイル5
a,5bに、各々のコイル5a,5bの励磁強さ
を変えるべく、コイル5a,5bに加える電力を
変化させる電力可変手段30,40と、この電力
可変手段30,40を制御する励磁相関値設定回
路12,22と、スイツチ機構11,21とから
なるコイル励磁装置31,41を接続し、また少
なくとも一個のコイルとコイル励磁装置31,4
1との間に極性切替機構13を設けて、この極性
切替機構13と上記2つのコイル励磁装置31,
41とをレンズの起磁力を多数又は連続的に変化
させても、単位時間あたりの各コイル5a,5b
の発熱量の総和がほぼ一定であるように連動させ
たことを特徴とする電子レンズ。 2 各コイルの発熱量の総和の一定値が、必要と
されるレンズの最大起磁力に対して、各レンズ電
流可変コイルの寸法、抵抗率に応じて定まる最小
の値にほぼ等しくなるようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の電子レンズ。
[Claims] 1. Inner and outer coils 5 having a common center
The coil 5 of the electronic lens 5 having a and 5b
a, 5b, power variable means 30, 40 that change the power applied to the coils 5a, 5b in order to change the excitation strength of each coil 5a, 5b, and an excitation correlation value that controls the power variable means 30, 40. A setting circuit 12, 22 and a coil excitation device 31, 41 consisting of a switch mechanism 11, 21 are connected, and at least one coil and a coil excitation device 31, 4 are connected.
1, a polarity switching mechanism 13 is provided between the polarity switching mechanism 13 and the two coil excitation devices 31,
41, even if the magnetomotive force of the lens is changed many times or continuously, each coil 5a, 5b per unit time
An electronic lens characterized in that the electronic lenses are linked together so that the sum of the amount of heat generated by the two is almost constant. 2. The fixed value of the total amount of heat generated by each coil was made to be approximately equal to the minimum value determined according to the dimensions and resistivity of each lens current variable coil with respect to the required maximum magnetomotive force of the lens. An electronic lens according to claim 1, characterized in that:
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