KR830002232B1

KR830002232B1 - 전 자 렌 즈

Info

Publication number: KR830002232B1
Application number: KR1019800002032A
Authority: KR
Inventors: 가쓰시게 쓰노
Original assignee: 니혼 덴시 가부시끼 가이샤; 가세이 다다오
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1980-05-23
Publication date: 1983-10-20
Also published as: KR830003141A

Abstract

내용 없음.

Description

전자렌즈

제 1 도는 본 발명에 의해서 사용하는 3자극 전자렌즈의 구조를 도시한 도면

제 2 도로 본 발명을 설명하는 도면

본 발명은 전자 현미경의 투영렌즈로서 사용함에 유효한 전자렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 전자 현미경의 크기는 전자총 및 렌즈의 구성, 수차, 조작성 등을 고려해서 결정되지만, 가속 전압이 높은 전자현미경에서는 필연적으로 크게 되고, 통상의 실험실에 설치할 수 없을 정도의 높이로 되고, 특별한 방을 설치하여 수용하는 경우가 종종발생한다. 따라서 전자 현미경의 크기(특히 높이)를 적게하는 것을 성능 향상과는 별도로서 요구되어 왔었다. 이 전자현미경의 높이를 결정하는 중요한 요소는 투영렌즈와 사진필름과의 거리에 있다. 이 거리를 결정할 때, 상관찰실(像觀

室)의 크기 및 상관찰창(窓)의 크기가 큰 비중을 갖지만, 실제의 전자 현미경에는 대상관찰에 필요한 공간보다도 훨씬 큰 렌즈, 필름 간거리를 갖고 있는데, 이것은 주로 투영렌즈에 의한 S자 왜상수차(歪像收差)를 비교적 작게 하기 위한데에서 비롯된 것이다. 종래 전자현미경의 결상계의 설계에서 구면수차, 축상색수차, 축의 만곡수차, 비점수차, 왜상수차 및 축의 색수차의 전체가 가장 작게 되도록 한 렌즈 형태와 여자(勵磁)조건은 선택되었지만, S자 왜수차에 대해서는 이를 작게 하는 유효한 방법이 없다고 하여 그다지 고려되지 못했었고 연구조차 하지 아니하였다.

그런데 S자 왜상수차는 ΔS/r=D_SP·(rf_p/L)²로서 표시한다. 여기에서 r은 필름면상에서의 중앙으로부터의 거리, ΔS는 상의 비낌량, f_p는 투영렌즈의 초점거리, L는 렌즈와 필름과의 간격, D_SP는 S자 왜(歪)수차계수이다. 이식에 있어서 종래에는 D_SP를 조절할 수 없었기 때문에, L을 크게 하므로서 S자 왜곡수차를 적게하는 방법외에는 다른 방법이 없었다.

그러나, 본 발명은 렌즈 자체가 매우 적은 S자 왜수차계수를 갖도록 하여, 이로써, 렌즈, 필름 사이의 거리를 짧게 할 수 있는 전자렌즈를 제공함에 있다.

S자 왜수차계수 D_SP는 자계렌즈로서 물체면, 상면(像面) 등 모두 자장의 밖에 있을 경우,

로 표시된다. 여기에서 B는 자장의 강도, Y는 전자선의 궤도를 나타내는 좌표, Y'는 그것의 구배(句配) Z_o는 물체면 위체, Z_p는 상(像)면위치이다.

이 식에서 알 수 있는 것은 D_SP가 가장 강도 B의 기수차(奇數次)항에 의해서 표시하고 있는 것이다. 이와 같은 기수차항 의경우, 자장의 극성을 역전한 2개의 렌즈를 조립해서 사용하면, 제 1 의 렌즈에 의해서 만들어진 S자로된 왜의 수차계수 D_SP1과 제 2 의 렌즈가 만드는 S자 왜의 수차계수 D_SP2는 부호가 역으로 되어, 양자의 합, 즉 전체로서의 S자 왜수차수계수는 현저하게 적게 되는 결과가 된다.

본 발명은 이상과 같은 고찰하에서 3개의 자극형(磁極型) 전자렌즈를 사용함을 제안하는 것이다.

제 1 도는 3개의 자극편 전자렌즈의 구조를 도시한 것이고, (1)은 요크이다. 이요크의 상단가 하단에는 각각 제 1 자극편(2) 및 제 3 자극편(3)이 접합되어, 또 양자극편(2, 3)의 중간에 제 2 자극편(4)이 배치되어 자극(2)와 자극 (4)의 사이 및 제 2 자극편 (4)와 제 3 자극편(3)의 사이에 렌즈장을 형성하는 간격이 형성된다. 상기 요크(1)와 제 2 자극편(4)과에 의해서 형성되는 2개의 간부에는 여자코일(5 및 6)이 수용되어 상기한 양 자극편 간격(S₁, S₂)에 역방향의 자장이 발생하도록 여자전원이 전원(도시되지 않음)으로부터 공급된다. 상기한 자극편의 형태는 제 2 자극편(4)의 중심에 대해 대칭으로 되고 따라서 제 1 자극편 간격(S₁) 및 제 2 자극편 간격의 크기(간격)(S₂)는 같게 되고, 또 구멍 구경(d)도 같게 되어 있다. 또 제 2 자극편(4)은 광축에 가까운 부분에 엷게 형성되며, 본 발명의 실시에 있어서는 5mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 3개의 자극편 전자렌즈의 초점거리(f_p)를 제 2 도에 도시하였다. 도면중 횡축은 여자 파라메타

를 도시하고, 각 곡선은 S=5mm, t=3mm, d=3mm일 때의 계산치를 프로트한 것이다. 실측치는이 계산치보다 약간 작은 값이 되지만, 곡선의 경향은 거의 같다. 초점거리는 f_p1, f_p2로서 표시하는 곡선으로 되고, 2개의 극소치를 갖고 있음이 주목된다. (또한 여자를 강하게 하면, f_p1, f_p2에 근사하는 2개의 곡선이 되풀이하여 나타난다) 양곡선 f_p1과 f_p2의 비교해서 약(弱)여자측의 극소치 쪽이 강(强)여자치의 그것보다는 훨씬 크다는 것을 알 수 있게 된다. 그리하여, 이 약 여자측에서는 제 1 자극편 간격(S₁)내의 자계에 의한 렌즈와 제 2 자극편(4) 사이에 자계에 의한 렌즈등이 허상-실상 결상을 한다. 이와 같은 허-실결상의 초점거리 극소치부근에서는 S자 왜수차는 제 2 도중(ΔS/r)₁의 곡선으로부터 알 수 있는 것과 같이 충분하게 작고, (1% 이하) 더구나, 왜상수차도(Δr/r)₁로서 표시함과 같이 제로(또는 제로에 근사)로 되어, 투영렌즈로서 바람직하다고 생각이 된다. 그러나, 상기한 바와같이 초점거리 f_p가 길고, 현실에 있어서는 5mm 전후밖에는 짧게 않된다. 따라서 투영렌즈의 배율을 100배로 하기 위하여는 투영렌와 즈필름과의 거리는 500 mm 이상 필요로 하고, 전자 현미경의 소형화라는 목적은 달성되지 못한다.

한편, 강 여자측에서는 f_p2로부터 명확한 바와같이, 초점거리의 극소치는 대단히 작게 되고, 이 영역에서는 2개의 자극편 간격내의 자계에 의한 렌즈가 어느 쪽이건간 실상 결상을 한다.

따라서, 양렌즈에 있어서의 상의 회전은 역향으로 되어, S자 왜수차 계수를 작게 할 수가 있다. 실제 계산에서는 제 2 도(ΔS/r)₂로부터 알 수 있는 바와 같이 SBU*^-1/2가 0.45부근에 있어서 1.3% 정도의 극소치가 얻어지고 있다. 또 실험에서 이 값은 더욱 작게 되고, 0.3%정도까지 작게 된다. 한편 왜상수차는(Δr/r)₂로서 도시한 바와 같이 S자 왜수차가 극소로 되어 여자조건과 거의 같은 곳에서 영(극소치)을 도시한다. 이리하여 3개의 곡선 즉 초점거리 f_p2, S자수차(ΔS/r)₂, 왜상수차(Δr/r)가 여자강도(SBU*^-1/2) 0.4 내지 0.5 TKV^-1/2(즉 0.45근방)에 있어서 전부극소치를 가지며, 따라서 각각의 값이 충분히 작은 것도 알 수 있다. 이리하여 본 발명의 특징은 3자극렌즈의 각 자극편 간격내의 렌즈의 여자조건을 상기범위에 설정함에 있다. 더우기 S자 왜수차를 작게 할 목적으로 여자조건의 하한은 더욱 낮고, SBU*^-1/2이 0.35 이상이면 실용이 가능하다.

이상과 같은 전자렌즈를 투영렌즈로서 사용하면, S자 왜수차를 현저하게 적게 할 수 있어서, 이에 의해서, 투영렌즈 필름 사이거리 (L)를 작게할 수 있고, 전자 현미경의 높이를 충분하게 낮게 할 수가 있다. 지금 L를 반문했을 경우를 생각하면, S자 왜수차 ΔS/r는 4배로 되지만, 상기한 바와 같이 극소치를 0.3%정도로 하는 것이 가능하기 때문에, 이 크기는 1.2%(4×0.3)에 불과하다. 이 값은 종래의 전자현미경에 있어서 S자 왜수차가 1.5 내지 3% 정도임에 비교하면, 충분하게 작은 값인 것이다. 더구나, 초점거리 f_p는 1.3내지 1.5mm에로 될 수 있기 때문에, L를 반분(예를들면 200mm 정도)하여도 충분한 확대율을 얻을 수가 있다.

Claims

3개의 자극편(2)(3)(4)를 갖고, 제 2 자극편(4)의 중심에 대하여 상하 대칭인 자극편 구조로 하고, 제 1 의 자극편 간격(S₁)과 제 2 의 자극편 간격(S₂)에 생기는 자장의 방향이 역으로 되도록 여자한 3자극형 전자렌즈에 있어서, 상기 양자극편 간격(S₁)(S₂)에 생긴 자장에 의한 렌즈작용이 함께 실상결상을 행하는 조건이고, 양자극편 간격(S₁)(S₂)에 있어서의 기자력을 동일하게 한 경우 각 자극편 간격에 있어서의 렌즈의 여자 피라메타 S·B·U*^-1/2(단 S : 자극편 간격(mm), B: 자강강도(Tesla), U* : 상대론 보정후의 가속전암(KV)로 한다)는 0.35 내지 0.5mm·T·KV)의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 전자렌즈.