JPH03165444A - 荷電粒子線用静電多重極レンズ - 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、質量分析装置等の荷電粒子線に用いられる静
電多重極レンズに関するものである。

［従来の技術〕 荷電粒子線を収束させたり、荷電粒子線が持つ収差を補
正するための手段として、静電４極レンズ、６極レンズ
、８極レンズなどの静電多重極レンズが知られている。

第７図は従来の静電８極レンズの電極配置例を示す断面
図であり、８本の円筒電極は半径ｒの円に外接しつつ４
５＠の等角度間隔で配置され、十Ｖと−Ｖの電圧が交互
に印加される。

［考案が解決しようとする課題］ この様に同心円上に電極を等間隔で並べた構造では、例
えば破線で示すように、ｙ方向に比べＸ方向に広く荷電
粒子線通路を確保することが必要な場合、Ｘ方向の幅に
合わせて同心円の径を選んでいるが、Ｘ方向に関しては
空間的に非常に無駄が多く、レンズの小形化は困難であ
った。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、Ｘ方向に広く
荷電粒子線通路を確保する場合であっても、Ｘ方向に関
する無駄を無くすことができ、しかも構成が簡単化され
小形化が可能な静電多重極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］ この目的を達成するため、本発明の静電多重極レンズは
、ｘ　−Ｙ　−Ｚ直交座標系においてＺ軸に沿って荷電
粒子線が進行すると仮定した時、ｚ軸で交差する平面ｙ
＝±（ｔａｎ（ｔａｎ（■／ｎ））　ｘによって挟まれ
且つＸ軸を含む領域に静電１正極場を発生させる荷電粒
子線用静電多重極レンズであって、上記平面あるいは該
平面近傍における前記静電１正極場の等電位面に沿って
配置され且つ該２軸付近で切除されている板状電極と、
前記領域に発生すべき前記静電１正極場の第２の等電位
面に近似的に沿うような表面形状を有し且つ該領域のＸ
軸上に夫々配置される棒状電極と、前記板状電極及び棒
状電極に夫々の等電位面に応じた電位を与える手段とか
ら構成されることを特徴としている。

［作用］ 本発明の基本的な考え方を以下に説明する。まず、ｘ−
ｙ−ｚ直交座標系においてＺ軸に沿って荷電粒子線が進
行すると仮定する。さらに、この荷電粒子線の通路をＸ
方向に拡張し、そのＸ方向に広がった通路全体にわたっ
て静電８正極場を発生させる場合について検討する。本
発明の基本的な概念によれば、第１図（ａ）に示すよう
に、２軸で交差する２つの平面ｙ＝±（ｔａｎ（ｔａｎ
（ｘ／８））　ｘに沿って平板接地電極１．１′が配置
される。そして、この平板接地電極１，１′で挟まれ且
つＸ軸を含む領域Ａ　＋ｚ、　Ａ−Ｘに、静電８正極場
を発生させるための棒状電極２，２′が２軸に平行な状
態でそれぞれ配置される。

ところで、静電８正極場においては、ｘ−ｙ平面上の任
意の位置を極座標で（ｒ、　　θ）で表わしたとき、そ
の位置におけるポテンシャルＶは次式％式％ （１） ここで、ｖｏは場の強度に関わる係数である。

上記棒状電極２，２′の２軸に対する面は、（１）式で
表わされるポテンシャルがυである等電位面、すなわち Ｉ）−Ｖｏ　ｒ　’　ＣＯＳ　４θ　　　（２）を満足
する点（ｒ、　　θ）を結んだ面を近似する曲面で構成
されており、各電極２．２′にはポテンシャルυが与え
られている。

（１）式から、静電８正極場においては、θ＝±（ｔａ
ｎπ／８の直線（ｘ−ｙ座標で表わすとｙ＝±（ｔａｎ
（ｔａｎ（ｘ／８））　ｘ　）上ではポテンシャルが零
であることがわかる。

電極２．２′及び平板接地電極１．１′で囲まれる領域
ＡやＸ、　Ａ−Ｘ内に発生する電場を考えると、この領
域の周囲は、平板接地電極１．１′によってｙ■±（ｔ
ａｎ（ｘ／８））　Ｘに沿ってポテンシャルが零に設定
され（１）式が満たされると共に、電極２゜２′の表面
によって（２）式が満たされている。

二の様に、領域の周囲が静電８正極場の条件（１）式を
満たすと、電場の性質から、その内部の領域には（１）
式を満たす８正極場が発生する。

尚、このように領域の周囲が静電８正極場の条件（１）
式を満たせば、その内部の領域に（１）式を満たす８正
極場が発生するのであるから、電極１，１′は必ずしも
ポテンシャルが零のｙ−ｗ±（ｊａｎ（ｔ／８））　ｘ
に沿って配置される必要はない。例えば、第１図（ａ）
において破線あるいは一点鎖線で表わされているように
、零に近い適宜なポテンシャルの等電位面に沿って電極
１，１′を配置しても、電極１，１′と棒状電極２，２
′で囲まれる領域Ａ　＋Ｘ、　Ａ−Ｘ内に（１）式を満
たす８正極場を発生させることができる。ただし、その
場合には、電極１．１′は平面ではなく、その等電位面
に沿うべき曲面を与える必要がある。その曲面も、ポテ
ンシャルが零に近ければ、平面に近似しても良い。

しかし、第１図（ａ）の構成では、Ｚ軸部分にも電極１
．１′が存在しており、荷電粒子線が２軸部分を通過で
きないためこのままでは使用できない。そこで、２軸近
傍で電極１，１′を取り除き、荷電粒子線が通過できる
ようにしたのが第１図（ｂ）である。この様にすれば、
電極が取り除かれた２軸近傍では、若干圧しい８正極場
から外れた場が発生するが、全体的にみると、８正極場
を領域Ａ＋８゜Ａ−エ内に近似的に発生させることが可
能である。しかも、このＺ軸近傍は最も電場の強度が小
さい部分であり、そこで多少基の乱れがあったとしても
通過する荷電粒子線に与える影響は少なく、実用上問題
ない程度である。

尚、第１図（ｃ）に示すように、２軸とＸ軸に平行な１
対の接地電極３，３′を設ければ、接地電極３．３′　
によるシールド効果により、ｙ軸方向からの周囲の電場
の漏れ込みによる２軸近傍の場の乱れを防ぐことができ
る。

又、上記第１図（ａ）〜（ｃ）では、電極２゜２′に両
方ともポテンシャルかりである等電位面を近似した曲面
を与えたため、２つの電極は２軸を挟んで対称に配置さ
れ、等しいポテンシャルυが与えられたが、一方の電極
を異なったポテンシャルυ′の等電位面に近似しても良
い。その場合には、２つの棒状電極は各ポテンシャルの
等電位面が存在する位置へ配置され、ポテンシャルも夫
々υ、υ′が与えられる。

更に、第１図（ａ）〜（ｃ）では静電８正極場を例にと
ったため、平板接地電極１．１′をｙ＝±（ｔａｎ（ｔ
ａｎ（ｒ／８））　ｘに沿って配置したが、一般に静電
０正極場の場合には、ｙ＝±（ｔａｎ（ｔａｎ（■／ｎ
））　ｘに沿って配置し、電極２．２′　として静電０
正極場の等電位面を近似する表面形状を与えれば良い。

［実施例］ 以下、この様な基本思想に基づく本発明の実施例を詳説
する。

第２図は本発明を実施した静電８型棒レンズを示す断面
図である。第１図（ｂ）と同一の構成要素には同一番号
が付されている。第２図において、４．４′はＺ軸を挟
みＸ軸に平行に対向配置される絶縁基板である。そのＺ
軸に向く表面には、補正電極群Ｌ１〜ＬＮ、Ｌｌ　　〜
ＬＮ′が設けられている。この補正電極群は、Ｚ軸に平
行な直線状７８ｔｆｆｉを適宜なピッチで配列すること
により構成され、例えばプリント基板作成技術などによ
り作成される。補正電極群の各電極へは、電極に応じて
予め定められた電圧が電源５より供給される。

上記第２図の実施例は、補正電極群が存在しなければ、
第１図（ａ）と等価な構造であり、棒状電極２，２′及
び平板接地電極１，１′で囲まれる領域Ａ＋Ｘ、Ａ−Ｘ
内に静電８正極場が発生する。

そして、先に述べたように、平板接地電極が取り除かれ
た２軸近傍では、若干圧しい８正極場から外れた場が発
生してしまう。補正電極群はこのような正しい８正極場
からの乱れを補正するために設けられており、予め計算
あるいは実測によって求められた分布及び強度を持つ補
正電場を発生する。電ｒｉ、５内には、その様な補正電
場を発生させるために各補正電極に供給すべき電圧に関
するデータが格納されており、そのデータに基づいて各
補正電極へ適切な電圧が供給される。

従って、２軸近傍における、平成接地電極が存在しない
ことにより発生する場の乱れは、補正電極により発生す
る補正電場によって補正されるため、電極２．２′及び
平板接地電極１．１′で囲まれる領域Ａ、Ｘ、　ｉＸＸ
全全域、正しい静電８正極場を発生させることができる
。

この補正電極の数は、基板上に一列に並べるのであれば
十分多いことが望ましい。

第３図は補正電極の本数を最も少なくした静電８極レン
ズの実施例を示す。この実施例では、静電８正極場を発
生させるための電極１２．　１２’として大径の円柱電
極が近似的に用いられており、補正電極１３〜１８とし
ても小径の円柱電極が用いられている。

各補正電極は、Ｚ軸を中心とする半径ｒ。の円筒面に外
接し、θ−４５＠、９０’、１３５”２２５’　、２７
０’　、３’１５’の位置に配置されている。又、各電
極には、第３図に示されているように±Ｖ３　（１υｌ
＞１Ｖ３１）のポテンシャルが夫々与えられている。

この様な構成においても、Ｚ軸付近の場の乱れが、補正
電極によって形成される補正電場によって補正されるた
め、電極１２．１２’及び平板接地電極１，１′で囲ま
れる領域Ａ、、、ｉＸ内全域に、正しい静電８型棒場を
発生させることができる。

第４図は静電６電極レンズに本発明を適用した実施例を
示し、レンズは大径電極２２．２２’小径補正電極２３
，２４，２５，２６、及び平板接地電極１，１′から構
成される。

６型棒場では、電位零の等電位面はθ−ｍπ／６（ここ
で、ｍは１．　３．　５．　７．　９．　１１）となり
、平板接地電極１，１′は、それぞれｙ＝±（ｔａｎ（
ｔａｎ（ｘ／６））　ｘに沿って配置される。

尚、小径補正電極２３，２４，２５．２６に代えて、第
２図で用いられたような補正電極群を用いても良いこと
は言うまでもない。

第５図は静電４重態レンズに本発明を適用した実施例を
示し、レンズは大径電極３２．３２’小径補正電極３３
，３４、及び平板接地電極１゜１′から構成され、る。

４型棒場では、電位零の等電位面はθ−ｍπ／４（ここ
で、ｍは１，３，５．７）となり、平板接地電極１，１
′　は、それぞれｙ＝±（ｔａｎ（ｊａｎ（ｚ／４））
Ｘに沿りて配置される。

第６図は静電１２重型棒ンズに本発明を適用した実施例
を示し、レンズは大径電極４２．４２’小径補正電極４
３〜５２、及び平板接地電極１゜１′から構成される。

大径電極４２．４２’及び小径電極４３〜５２は、２輔
を中心として３０゜間隔で配置されている。

１２重型棒では、電位零の等電位面はθ−ｍπ／１２（
ここで、ｍは１，３，５，７．９，１１゜１３．１５．
１７，１９，２１．２３）となり、平板接地型ｔ！！ｉ
ｉ１．　１’は、それぞれｙ＝±（ｔａｎ（ｔａｎ（ｔ
／１２））に沿って配置される。

本発明は上述した実施例に限定されることなく、変形が
可能である。例えば、更に多重極のレンズにも適用でき
る。又、平板接地電極は必ずしも対称に配置されなくと
も良い。

［発明の効果コ 以上詳述した如く、本発明によれば、Ｘ方向に広く荷電
粒子線通路を確保する場合であっても、Ｘ方向に関する
無駄を無くすことができ、しかも構成が簡単化され小形
化が可能な静電多重極レンズを提供することの出来る静
電多重極レンズが実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な考え方を説明するための図、
第２図及び第３図は静電８相極レンズに本発明を適用し
た実施例を夫々示す図、第４図は静電６電極レンズに本
発明を適用した実施例を示す図、第５図は静電４重態レ
ンズに本発明を適用した実施例を示す図、第６図は静電
１２重型棒ンズに本発明を適用した実施例を示す図、第
７図は従来の静電８極レンズの電極配置例を示す図であ
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ｘ−ｙ−ｚ直交座標系においてｚ軸に沿って荷電
   粒子線が進行すると仮定した時、ｚ軸で交差する平面ｙ
   ＝±（ｔａｎ（■／ｎ））ｘによって挟まれ且つｘ軸を
   含む領域に静電ｎ重極場を発生させる荷電粒子線用静電
   多重極レンズであって、上記平面あるいは該平面近傍に
   おける前記静電ｎ重極場の等電位面に沿って配置され且
   つ該ｚ軸付近で切除されている板状電極と、前記領域に
   発生すべき前記静電ｎ重極場の第２の等電位面に近似的
   に沿うような表面形状を有し且つ該領域のｘ軸上に夫々
   配置される棒状電極と、前記板状電極及び棒状電極に夫
   々の等電位面に応じた電位を与える手段とから構成され
   ることを特徴とする荷電粒子線用静電多重極レンズ。
2. （２）平面ｙ＝±（ｔａｎ（■／ｎ））ｘにより挟まれ
   且つｙ軸を含む２つの領域に補正電極を配置し、該補正
   電極に適宜な電位を印加することにより静電ｎ重極場を
   補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載の荷
   電粒子線用静電多重極レンズ。