JPH04181645A - ウィーンフィルタ - Google Patents
ウィーンフィルタInfo
- Publication number
- JPH04181645A JPH04181645A JP30918890A JP30918890A JPH04181645A JP H04181645 A JPH04181645 A JP H04181645A JP 30918890 A JP30918890 A JP 30918890A JP 30918890 A JP30918890 A JP 30918890A JP H04181645 A JPH04181645 A JP H04181645A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrodes
- magnetic pole
- axis
- pole pieces
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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。
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］
電子顕微鏡等においてエネルギーフィルタ像等を得るた
めに用いられるウィーンフィルタに関する。
めに用いられるウィーンフィルタに関する。
［従来の技術］
ウィーンフィルタは一対の電極と磁極を直交して配置し
、■を荷電粒子の速度とするとき、ウィーン条件：Ｅ−
ｖＢを満たす荷電粒子だけを直進させることにより他の
荷電粒子と分離するためのものである。
、■を荷電粒子の速度とするとき、ウィーン条件：Ｅ−
ｖＢを満たす荷電粒子だけを直進させることにより他の
荷電粒子と分離するためのものである。
従来においては、ウィーンフィルタの電場及び磁場は共
に直交し且つ一様であることが理想とされてきた。
に直交し且つ一様であることが理想とされてきた。
一方、フィルタを通過する荷電粒子ビームが場のフリン
ジ領域で偏向されるのを防ぐため、磁極間の距離と電極
間の距離は等しいことが理想である。この条件と前述し
た直交且つ一様場の条件とを共に満足させようとするた
め、従来のウィーンフィルタは極めて複雑な構造となっ
ていた。
ジ領域で偏向されるのを防ぐため、磁極間の距離と電極
間の距離は等しいことが理想である。この条件と前述し
た直交且つ一様場の条件とを共に満足させようとするた
め、従来のウィーンフィルタは極めて複雑な構造となっ
ていた。
［発明が解決しようとする課題］
そのため、従来のウィーンフィルタは電極や磁極に複雑
な加工を必要とし、製造コストの低減が困難であった。
な加工を必要とし、製造コストの低減が困難であった。
そこで本発明は、性能を損なうこと無く、製造が容易な
ウィーンフィルタを提供することを目的としている。
ウィーンフィルタ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］
そのため本発明は、直交する２軸をｘ、ｙ軸とするとき
、一対の電極を原点を挾んでＸ軸上に対称配置し、一対
の磁極片を原点を挾んでｙ軸上に対称配置し、前記一対
の電極の内面と一対の磁極片の内面をそれらに共通な円
筒面の一部となし、前記電極がＸ軸に対して成す開き角
と前記磁極片の円筒面の端部かＸ軸に対して成す角を前
記電極によって形成される電場と前記磁極片によって形
成される磁場が直交するように選んだウィーンフィルタ
を特徴としている。
、一対の電極を原点を挾んでＸ軸上に対称配置し、一対
の磁極片を原点を挾んでｙ軸上に対称配置し、前記一対
の電極の内面と一対の磁極片の内面をそれらに共通な円
筒面の一部となし、前記電極がＸ軸に対して成す開き角
と前記磁極片の円筒面の端部かＸ軸に対して成す角を前
記電極によって形成される電場と前記磁極片によって形
成される磁場が直交するように選んだウィーンフィルタ
を特徴としている。
［発明の作用コ
以下、図面に基づき本発明において基本となっている考
えを説明する。
えを説明する。
フィルタに進行してきた荷電粒子の電荷量をｅ１速度を
Ｖ、フィルタの電場の強さをＥ、磁場の磁束密度をＢと
すると、前述したウィーン条件は荷電粒子が電場から受
ける力Ｆｅ−ｅＥと磁場から受ける力ｅｖＸＢがつり合
うことである。
Ｖ、フィルタの電場の強さをＥ、磁場の磁束密度をＢと
すると、前述したウィーン条件は荷電粒子が電場から受
ける力Ｆｅ−ｅＥと磁場から受ける力ｅｖＸＢがつり合
うことである。
この条件が満たされるためには、荷電粒子が通過する各
点でＥとＢが直交していれば良く、ＥとＢが一様である
ことは必ずしも必要でない。
点でＥとＢが直交していれば良く、ＥとＢが一様である
ことは必ずしも必要でない。
即ち、第５図（ｂ）に示すように、電場Ｅと磁場が共に
曲率を有していても各点で直交していれは良く、第５図
（ａ）のような場の一様性は必要でない。そこで、この
直交性の条件を満たし、且つ電場と磁場のフリンジ領域
でのビーム偏向を防ぐため、磁極間の距離と電極間の距
離を等しくできる製造に有利な形状を考察したところ、
磁極及び電極の両者の内面が共通な円筒面の一部となっ
ていれば良いことに気づいた。
曲率を有していても各点で直交していれは良く、第５図
（ａ）のような場の一様性は必要でない。そこで、この
直交性の条件を満たし、且つ電場と磁場のフリンジ領域
でのビーム偏向を防ぐため、磁極間の距離と電極間の距
離を等しくできる製造に有利な形状を考察したところ、
磁極及び電極の両者の内面が共通な円筒面の一部となっ
ていれば良いことに気づいた。
そこで、このような構造を前提として、電場と磁場の直
交性が満たされる電極と磁極の形状を検討した。
交性が満たされる電極と磁極の形状を検討した。
いま、直交する２軸をｘ、ｙ軸とし、一対の電極１，２
を原点を挾んでＸ軸上に対向して配置する。これら電極
１，２の内面は前述のようにそれらに共通な円筒面の一
部となるように加工されている。一対の磁極片３，４も
原点を挾んで対向してｙ軸上に配置する。これら磁極片
３，４の内面も前述した円筒面の一部となるように加工
されている。第３図に示すように、電極１．２がＸ軸に
対して成す開き角をα８．磁極片３，４の端部がＸ軸に
対して成す角度をα８、磁極片３．４の端面がＸ軸に対
して成す角度をα、とじ、前記電極１．２によって形成
される電場と前記磁極片３゜４によって形成される磁場
が直交するための条件を以下のように求めた。
を原点を挾んでＸ軸上に対向して配置する。これら電極
１，２の内面は前述のようにそれらに共通な円筒面の一
部となるように加工されている。一対の磁極片３，４も
原点を挾んで対向してｙ軸上に配置する。これら磁極片
３，４の内面も前述した円筒面の一部となるように加工
されている。第３図に示すように、電極１．２がＸ軸に
対して成す開き角をα８．磁極片３，４の端部がＸ軸に
対して成す角度をα８、磁極片３．４の端面がＸ軸に対
して成す角度をα、とじ、前記電極１．２によって形成
される電場と前記磁極片３゜４によって形成される磁場
が直交するための条件を以下のように求めた。
一般に、偏向場がＸ方向を向いており、且つＸ軸につい
て対称である場合、この偏向場のスカラーポテンシャル
は、曲座標（ｒ、 θ）を用いてフーリエ変換して表
すと以下のようになる。
て対称である場合、この偏向場のスカラーポテンシャル
は、曲座標（ｒ、 θ）を用いてフーリエ変換して表
すと以下のようになる。
φ（ｒ、 θ）
−−Ａ 、 ｒ ｃｏｓθ−Ａ、ｒ’ｃｏｓ３θ−Ａ
ｓ ｒ５ｃｏｓ ５θ−・・・ ゛ ・・・
（１） （１）式において、係数Ａ１が一磁場の大
きさを表し、Ａ、、Ａ、、・・・が−磁場からのずれを
表している。
ｓ ｒ５ｃｏｓ ５θ−・・・ ゛ ・・・
（１） （１）式において、係数Ａ１が一磁場の大
きさを表し、Ａ、、Ａ、、・・・が−磁場からのずれを
表している。
ウィーンフィルタの場合は、電場Ｅと磁場Ｂのスカラー
ポテンシャルφＥ （「、θ）、φＢ （ｒ。
ポテンシャルφＥ （「、θ）、φＢ （ｒ。
θ）は、夫々以下のように表される。
φＥ （ｒ、 θ）
一−Ｅ、ｒｃｏｓθ−Ｅ３ ｒ’ｃｏｓ３θ−Ｅ、ｒ’
ｃｏｓ ５θ−−・−−−−（２）φＢ （ｒ、
θ） −−Ｂ 、 ｒ ｓｉｎθ−８３ｒ３ｓｉｎ ３θ−
Ｂ、ｒ’ ｓｉｎ ５θ−−−・ −＝（
３）５次以上の項を無視した場合、電場と磁場が直交す
る条件は下式で表される。
ｃｏｓ ５θ−−・−−−−（２）φＢ （ｒ、
θ） −−Ｂ 、 ｒ ｓｉｎθ−８３ｒ３ｓｉｎ ３θ−
Ｂ、ｒ’ ｓｉｎ ５θ−−−・ −＝（
３）５次以上の項を無視した場合、電場と磁場が直交す
る条件は下式で表される。
Ｅ３ ／Ｅｌ −Ｂ３ ／Ｂ＋
ここで、Ｅ、、Ｂ、、Ｅ、、Ｂ、の値は、境界要素法に
よって得られるφＥ、φＢを用いて次式％式％ −（πｒｏ）−’ｆｐ φＢ （「、θ） ｓｉｎ
θｄθここで積分は原点の近傍の半径［。のバスＰに
沿ったものである。
よって得られるφＥ、φＢを用いて次式％式％ −（πｒｏ）−’ｆｐ φＢ （「、θ） ｓｉｎ
θｄθここで積分は原点の近傍の半径［。のバスＰに
沿ったものである。
いま、αいを３０°に設定すると共に、α８−αＥ−２
０゜ に設定して、αＢをパラメータとしてＥ３／ＥｌとＢ
ｉ ／ Ｂ １の値を計算すると、第４図に示すように
なった。この結果よりα８が７９°の場合に、前記直交
条件が満たされることが分かった。前述した設定条件よ
りこの場合、α。は５９″となる。
０゜ に設定して、αＢをパラメータとしてＥ３／ＥｌとＢ
ｉ ／ Ｂ １の値を計算すると、第４図に示すように
なった。この結果よりα８が７９°の場合に、前記直交
条件が満たされることが分かった。前述した設定条件よ
りこの場合、α。は５９″となる。
又、αいを６０６に設定すると共に、
α６−αＢ １７″
に設定して、Ｅ３／Ｅ、とＢ３／Ｂｌが等しくなるα８
の値を求めたところ、αＢ−８０°の場合に前述した直
交条件が満たされることが分かった。
の値を求めたところ、αＢ−８０°の場合に前述した直
交条件が満たされることが分かった。
この場合、前述した設定条件によりαＢは６３゜となる
。
。
この他にも設定条件を種々変えれば、異なった解が存在
する。
する。
［実施例コ
以下、図面に基づき本発明の一実施例を詳述する。
第１図は本発明の一実施例を示すためのもので、図中５
，６は円筒面の一部となる内面を有する一対の電極であ
り、非磁性体である銅により形成されている。電極５に
は端子５ａを介して＋Ｖボルトの電圧が印加されており
、電極６には端子６ａを介して一■ボルトの電圧が印加
されている。これら電極５，６はＸ軸に対して対称的に
配置されており、且つそれらはＸ軸に対して５９°の開
き角を有している。７．８はこれら一対の電極と直交し
て配置され、前記円筒面と同一径の円筒面の一部となる
内面を有する一対の磁極片である。これら磁極片７，８
はｙ軸に対して対称的に配置されており、又、それらの
端部はＸ軸に対して７９０の角度をなしている。これら
は磁極片のテーパ一部はＸ軸に対して３０’の角度を有
している。
，６は円筒面の一部となる内面を有する一対の電極であ
り、非磁性体である銅により形成されている。電極５に
は端子５ａを介して＋Ｖボルトの電圧が印加されており
、電極６には端子６ａを介して一■ボルトの電圧が印加
されている。これら電極５，６はＸ軸に対して対称的に
配置されており、且つそれらはＸ軸に対して５９°の開
き角を有している。７．８はこれら一対の電極と直交し
て配置され、前記円筒面と同一径の円筒面の一部となる
内面を有する一対の磁極片である。これら磁極片７，８
はｙ軸に対して対称的に配置されており、又、それらの
端部はＸ軸に対して７９０の角度をなしている。これら
は磁極片のテーパ一部はＸ軸に対して３０’の角度を有
している。
これら磁極片７，８はヨーク９により接続されている。
１０はヨーク９に巻回された励磁コイルである。
このような構成と成せば、フィルター場の電場及び磁場
のポテンシャル分布は、コンピュータシミュレーション
により各々第２図の実線及び点線で示すようになった。
のポテンシャル分布は、コンピュータシミュレーション
により各々第２図の実線及び点線で示すようになった。
この図より明らかなように、荷電粒子線の通路となるフ
ィルター場の中央部分では電場及び磁場は一様ではない
か、それらの直交性は満たされることが分かる。又、一
対の電極５．６間の間隔と一対の磁極片７，８間の間隔
は、これら電極及び磁極片の内面が共通な円筒面の一部
となるように形成されているため、互いに等しく、フィ
ルタを通過する荷電粒子ビームが場のフリンジ領域で偏
向されるのを防ぐことができる。
ィルター場の中央部分では電場及び磁場は一様ではない
か、それらの直交性は満たされることが分かる。又、一
対の電極５．６間の間隔と一対の磁極片７，８間の間隔
は、これら電極及び磁極片の内面が共通な円筒面の一部
となるように形成されているため、互いに等しく、フィ
ルタを通過する荷電粒子ビームが場のフリンジ領域で偏
向されるのを防ぐことができる。
従って、このウィーンフィルタは、性能を損なうことが
ないばかりでなく、電極及び磁極片の内面はそれらに共
通な円筒面の一部となっているため、これら電極及び磁
極片の加工が極めて容易となる。そのため、構造が簡単
で製造コストを大幅に削減できる。
ないばかりでなく、電極及び磁極片の内面はそれらに共
通な円筒面の一部となっているため、これら電極及び磁
極片の加工が極めて容易となる。そのため、構造が簡単
で製造コストを大幅に削減できる。
尚、前述した実施例においては、αＢが７９’。
α、が５９”、 αいが３０°の場合を例示したが、
他の種々の組み合わせが可能であることは前述の通りで
ある。
他の種々の組み合わせが可能であることは前述の通りで
ある。
［発明の効果コ
上述した説明から明らかなように、本発明に基づくウィ
ーンフィルタによれば、直交する２軸をｘ、ｙ軸とする
とき、一対の電極を原点を挾んでＸ軸上に対称配置し、
一対の磁極片を原点を挾んでｙ軸上に対称配置し、前記
一対の電極の内面と一対の磁極片の内面をそれらに共通
な円筒面の一部となし、前記電極がＸ軸に対して成す開
き角と前記磁極片の円筒面の端部がＸ軸に対して成す角
を前記電極によって形成される電場と前記磁極片によっ
て形成される磁場が直交するように選んでいるため、性
能を損なうことなく電極及び磁極片の形状を加工に適し
たものとすることができる。
ーンフィルタによれば、直交する２軸をｘ、ｙ軸とする
とき、一対の電極を原点を挾んでＸ軸上に対称配置し、
一対の磁極片を原点を挾んでｙ軸上に対称配置し、前記
一対の電極の内面と一対の磁極片の内面をそれらに共通
な円筒面の一部となし、前記電極がＸ軸に対して成す開
き角と前記磁極片の円筒面の端部がＸ軸に対して成す角
を前記電極によって形成される電場と前記磁極片によっ
て形成される磁場が直交するように選んでいるため、性
能を損なうことなく電極及び磁極片の形状を加工に適し
たものとすることができる。
従って、本発明により構造が簡単で製造コストを大幅に
削減できるウィーンフィルタが提供される。
削減できるウィーンフィルタが提供される。
第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図は本
発明に基づく一実施例装置のフィルター場の電場及び磁
場の様子を示すための図、第３図は本発明の基本的な考
えを説明するための図、第４図はＥ、／Ｅ、とＢ３／Ｂ
、のα８をパラメーターとする値をグラフ化して示すた
めの図、第５図は直交−磁場と直交基を説明するための
図である。 １、２． ５．５：電極 ３．４，７． ８：磁極片 ９：ヨーク １０：励磁コイル
発明に基づく一実施例装置のフィルター場の電場及び磁
場の様子を示すための図、第３図は本発明の基本的な考
えを説明するための図、第４図はＥ、／Ｅ、とＢ３／Ｂ
、のα８をパラメーターとする値をグラフ化して示すた
めの図、第５図は直交−磁場と直交基を説明するための
図である。 １、２． ５．５：電極 ３．４，７． ８：磁極片 ９：ヨーク １０：励磁コイル
Claims (1)
- 直交する２軸をｘ、ｙ軸とするとき、一対の電極を原点
を挾んでｘ軸上に対称配置し、一対の磁極片を原点を挾
んでｙ軸上に対称配置し、前記一対の電極の内面と一対
の磁極片の内面をそれらに共通な円筒面の一部となし、
前記電極がｘ軸に対して成す開き角と前記磁極片の円筒
面の端部がｘ軸に対して成す角を前記電極によって形成
される電場と前記磁極片によって形成される磁場が直交
するように選んだことを特徴とするウィーンフィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30918890A JPH04181645A (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | ウィーンフィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30918890A JPH04181645A (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | ウィーンフィルタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04181645A true JPH04181645A (ja) | 1992-06-29 |
Family
ID=17989991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30918890A Pending JPH04181645A (ja) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | ウィーンフィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04181645A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110514446A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-11-29 | 北京航空航天大学 | 一种用于等离子体速度筛选仪的均匀电磁场装置 |
-
1990
- 1990-11-15 JP JP30918890A patent/JPH04181645A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110514446A (zh) * | 2019-07-30 | 2019-11-29 | 北京航空航天大学 | 一种用于等离子体速度筛选仪的均匀电磁场装置 |
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