Электронная ахроматическая линза Советский патент 1984 года по МПК H01J29/56 H01J31/00 

Изобретение относится к электронным линзам с коррекцией хроматической аберрацией п-ри фокусировке электронных пучков и может быть использовано в различных электроннооптических приборах, например электроннолучевых трубках, микроскопах и т.д. Известно электронное ахроматическое магнитное зеркало, представляющее собой магнит с двумерным полем, обладающим плоскостью антисимметрии. Электроны, направленные в магнитное поле зеркала и движущиеся в средней плоскости, поворачиваются магнитным полем и выходят из зеркала с той же стороны, с которой они вощли в него. При определенном распределении ПОЛЯ и при определенном угле падения траек тории имеют форму петель, а точки входа и выхода электронов совмещаются, т.е. зеркало полностью ахроматично в средней плоскости 1. Недостатками устройства являются искривление оси пучка, отсутствие фокусировки в средней плоскости, отсутствие ахроматичности вне средней плоскости. Наиболее близким к изобретению является электронная ахроматическая линза, содержащая магнитную квадрупольную линзу и электростатическую линзу с двумя плоскостями симметрии, пространственно совмещенные, установленные- соосно и так, что угол между плоскостями симметрии электростатической линзы и плоскостями симметрии магнитной линзы, проходящими через ее полюса, составляет 45°. Известная линза относится к системам с прямой осью и плоскостями симметрии. При определенном подборе параметров электростатической и магнитной линз обеспечивается ахроматическая фокусировка 2. Недостатком известной линзы является невысокое качество изображения из-за наличия значительной сферической аберрации, которая в результате взаимодействия электрического и- магнитного полей оказывается больц е, чем у линз, взятых по отдельности. Кроме того, дополнительные аберрации, возникающие при взаимодействии полей линз из-за неточности их взаиморасположения, еще более ухудщают качество изображения. Целью изобретения является улучщение качества изображения за счет уменьЩения аберраций. Цель достигается тем, что в электронной ахроматической линзе, содержащей магнитную квадрупольную линзу и электростатическую линзу с двумя плоскостями симметрии, пространственно совмещенные, установленные соосно .и так, что угол между плоскостями симметрии электростатической линзы и плоскостями симметрии магнитной линзы, проходящими через ее полюса, составляет 45°, электростатическая линза выполнена в виде скрещенной линзы, состоящей по крайней мере из двух электродов с отверстиями, отнощение размеров в продольных плоскостях симметрии которых находится в пределах 1,0-0,5, а плоскость симметрии магнитной линзы, проходящая через eg южные полюса, расположена под углом минус 45° относительно продольной плоскости симметрии отверстия первого по ходу электронного пучка электрода скрещенной линзы. Ахроматическая линза обеспечивает более высокое качество изображения по сравнению с известными линзами, так как при взаимодействии полей магнитной и электростатической ее частей одновременно обеспечивается устранение хроматической и сферической аберраций. Первая устраняется благодаря взаимодействию квадрупольных составляющих полей электростатической и магнитной частей линзы, а вторая - благодаря наличию октупольных составляющих в поле скрещенной линзы. Пределы изменения отношениия размеров отверстий в электродах скрещенной линзы определяют величину октупольной составляющей, необходимой для коррекции сферической аберрации. При отношении размеров больще 1,0 октупольная составляющая практически не меняется, а при отнощении меньще 0,5 скрещенная линза вырождается в цилиндрическую и теряет свои свойства. В линзе уменьщаются также дополнительные аберрации, связанные с неточностью изготовления и сборки электростатической скрещенной линзы и установки ее относительно магнитной линзы вследствие больщой технологичности конструкции линзы. Взаиморасположение частей ахроматической линзы строго определено, и при положительном угле 45° поставленная цель не. обеспечивается, более того, качество изображения может быть хуже, чем в известной линзе. Это связано с ориентацией октупольных составляющих поля линзы. На чертеже приведено схематическое изображение ахроматической линзы. Линза содержит магнитную квадрупольную линзу 1 и электростатическую скрещенную линзу 2. Оси координат обозначены ОХ, OY, OZ, плоскости симметрии магнитной лчнзы XOZ и YOZ. Обе линзы расположены по оси Z, явля ющейся оптической осью, так, что плоскости симметрии линзы 1-XOZHYOZ, проходящие через ее полюса, и плоскости симметрия линзы 2-XOZ и YOZ составляют yrcwi 45, причем плоскость симметрии XOZ, проходящая через южные полюса, составляет угол минус 45° с плоскостью XOZ, с которой совпадает продольная плоскость симметрии первого по ходу пучка электрода линзы 2 (направление отсчета угла против часовой стрелки). Оба электрода линзы 2 заключены между плоскостями, проходящими через

торцы линзы 1 (т.е. обе линзы пространственно совмещены). Соотношение сторон отверстия в первом электроде скрещенной линзы - 2:1, и соотношение сторон отверстия во втором электроде - 1,5:1, т.е. отно щение размеров отверстий в продольных плоскостях их симметрии равно 0,75.

Расстояние между электродами и их положение относительно полюсов магнитной квадрупольной линзы вдоль оси Z не является принципиальным и выбирается оптимальным в каждом конкретном случае.

Ахроматическая линза работает следующим образом.

На пучок электро.нов воздействует магнитное поле линзы 1, оказывающее собирающее действие в плоскости XOZ и рассеивающее действие в плоскости YOZ. Действие квадрупольной составляю.щей линзы 2 противоположно. В результате взаимодействия линз 1 2 обеспечивается фокусировка с коррекцией хроматической аберрации. Октупольиые составляющие поля скрещенной линзы 2, взаимодействуя с полями линз 1 и 2, корректируют сферическую аберрацию, причем благодаря различию размеров отверстий в электродах линзы 2 октупольные -составляющие имеют такую величину, что обеспечивается коррекция сферической аберраций всего линейного изображения.

Предлагаемая ахроматическая линза позволяет по сравнению с известной создавать более высокое качество изображения за счет устранения сферической аберрации и уменьшения аберраций, связанных с неточностью сборки всей линзы в целом.

ЭЛЕКТРОННАЯ АХРОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА, содержащая магнитную квадрупольную линзу и электростатическую линзу с двумя плоскостями симметрии, пространственно совмещенные, установленные соосно и так, что угол между плоскостями симметрии электростатической линзы и.плоскостями симметрии магнитной линзы, проходящими через ее полюса, составляет 45°, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества изображения путем уменьшения оберраций, электростатическая линза выполнена в виде .скрещенной линзы, состоящей по крайней мере из двух электродов с отверстиями, отношение размеров в продольных плоскостях симметрии которых находится в пределах 1,0-0,5, а плоскость симметрии магнитной линзы, проходящая через ее южные полюса, расположена, под углом минус 45° относительно продольной плоскости симметрии отверстия первого по ходу электронного пучка электрода скрещенной линзы. СП со N3 СО /