(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置であって、
四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズと、焦点距離ｆを有する第１及び第２の伝達レンズとを備え、
前記第１及び第２の多極子レンズが、前記第１及び第２の伝達レンズを挟んで配置され、
前記第１の多極子レンズと前記第１の伝達レンズ間の距離と、前記第１の伝達レンズと前記第２の伝達レンズ間の距離と、前記第２の伝達レンズと前記第２の多極子レンズ間の距離が、それぞれ、ｆ−Δ１、２ｆ、ｆ−Δ２であり、且つ、ｆ＞Δ１＋Δ２＞０であり、
前記第１及び第２の多極子レンズの光軸方向の長さをＺとし、前記第１及び第２の多極子レンズの励起強度をＣとすると、Δ＝Δ１＋Δ２が、次式
【数１】
0005934517.tif 000020
で表される、色収差補正装置。
【請求項２】
電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置であって、
四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズと、焦点距離ｆを有する第１及び第２の伝達レンズと、補助レンズとを備え、
前記第１及び第２の多極子レンズが、前記第１及び第２の伝達レンズを挟んで配置され、前記第１及び第２の伝達レンズが、前記補助レンズを挟んで配置され、
前記第１の多極子レンズと前記第１の伝達レンズ間の距離と、前記第１の伝達レンズと前記補助レンズ間の距離と、前記補助レンズと前記第２の伝達レンズ間の距離と、前記第２の伝達レンズと前記第２の多極子レンズ間の距離が、それぞれ、ｆ、ｆ、ｆ、ｆ−ΔＳであり、且つ、ｆ＞ΔＳ＞０である、色収差補正装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１及び第２の多極子レンズの光軸方向の長さをＺとし、前記第１及び第２の多極子レンズの励起強度をＣとすると、ΔＳが、次式
【数２】
0005934517.tif 000021
で表される、色収差補正装置。
【請求項４】
電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置の制御方法であって、
前記色収差補正装置が、四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズと、焦点距離ｆを有する第１及び第２の伝達レンズと、補助レンズとを備え、
前記第１及び第２の多極子レンズが、前記第１及び第２の伝達レンズを挟んで配置され、前記第１及び第２の伝達レンズが、前記補助レンズを挟んで配置され、
前記第１の多極子レンズと前記第１の伝達レンズ間の距離と、前記第１の伝達レンズと前記補助レンズ間の距離と、前記補助レンズと前記第２の伝達レンズ間の距離と、前記第２の伝達レンズと前記第２の多極子レンズ間の距離が、それぞれ、ｆ、ｆ、ｆ、ｆ−ΔＳであり、
前記第１及び第２の多極子レンズの光軸方向の長さをＺとし、前記第１及び第２の多極子レンズの励起強度をＣとすると、
前記補助レンズの励起強度を制御して、次式の条件を満たすように前記補助レンズの焦点距離ｆＡを変更する、色収差補正装置の制御方法。
【数３】
0005934517.tif 000022
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置及び色収差補正装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子顕微鏡の電子光学系（例えば、対物レンズ）の色収差補正の手法として、四極場を発生する多極子レンズを用いる手法が知られている。四極場の特性は既に詳しく研究され、四極場内の電子の軌道及び収差等が明らかになっている（非特許文献１参照）。電子顕微鏡の磁界型レンズの色収差及び球面収差を除去することを目的として、複数の四極場の組み合わせが研究された結果、組み合わせる四極場の数に関して以下の結論が得られている。すなわち、四極場を用いた収差補正装置においては、ｘ軌道及びｙ軌道の結像面が同一となり、且つ、ｘ方向及びｙ方向の倍率が同一となる、いわゆるStigmatic condition（スチグマチック条件）が成立していなければならず、２段の四極場の組み合わせではこの条件を満たすことができない（例えば、非特許文献１のｐ９０を参照）。２段の四極場では、ｘ軌道及びｙ軌道の結像面を同一にすることは可能であるが、それと同時に、ｘ方向及びｙ方向の倍率を同一にすることが実質的にできず、これをpseudo stigmatic condition（擬スチグマチック条件）という（例えば、非特許文献２の四極子レンズの章を参照）。このため、四極子を用いた収差補正装置としては、Stigmatic conditionが成立する４段又はそれ以上の四極子の組み合わせが研究され実現されてきた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】P.W.Haukes, Quadrupoles in Electron Lens Design (Advance in Electronics & Electron Physics, Supplement 7), Academic Press(1970), New York and London
【非特許文献２】裏克己著、電子・イオンビーム光学、共立出版（１９９４）初版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の４段四極子を用いる色収差補正は、ｘ方向の補正とｙ方向の補正が、異なる段の四極場で行われる。これは、ｘ軌道とｙ軌道において、一方が収束する場合は他方が発散するという、四極場の特性を直接用いて色収差補正を行うことに起因する。ｘ方向とｙ方向の補正面が異なると、両方の補正面を同時に対物レンズの色収差の導入面に一致させることができない。色収差の補正面と導入面が一致しない場合は、それらの距離に比例する副次的収差が発生することになる。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、簡単な構成で精度良く電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行うことが可能な、色収差補正装置及び色収差補正装置の制御方法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明は、電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置であって、
四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズと、焦点距離ｆを有する第１及び第２の伝達レンズとを備え、
前記第１及び第２の多極子レンズが、前記第１及び第２の伝達レンズを挟んで配置され、
前記第１の多極子レンズと前記第１の伝達レンズ間の距離と、前記第１の伝達レンズと前記第２の伝達レンズ間の距離と、前記第２の伝達レンズと前記第２の多極子レンズ間の距離が、それぞれ、ｆ−Δ１、２ｆ、ｆ−Δ２であり、且つ、ｆ＞Δ１＋Δ２＞０である。
【０００７】
本発明によれば、第１及び第２の多極子レンズ（四極子）の間に第１及び第２の伝達レンズを配置することで、２段四極子においてもStigmatic conditionを成立させることが可能となる。また、本発明によれば、ｘ方向とｙ方向の補正面を同時に電子光学系の色収差の導入面に一致させることができる。すなわち、本発明によれば、４段四極子に比べて、簡単な構成で精度良く色収差補正を行うことができる。
【０００８】
（２）また本発明に係る色収差補正装置では、
前記第１及び第２の多極子レンズの光軸方向の長さをＺとし、前記第１及び第２の多極子レンズの励起強度をＣとすると、Δ＝Δ１＋Δ２が、次式
【０００９】
【数１】
0005934517.tif 000002
で表される。
【００１０】
（３）また本発明は、電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置であって、
四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズと、焦点距離ｆを有する第１及び第２の伝達レンズと、補助レンズとを備え、
前記第１及び第２の多極子レンズが、前記第１及び第２の伝達レンズを挟んで配置され、前記第１及び第２の伝達レンズが、前記補助レンズを挟んで配置され、
前記第１の多極子レンズと前記第１の伝達レンズ間の距離と、前記第１の伝達レンズと前記補助レンズ間の距離と、前記補助レンズと前記第２の伝達レンズ間の距離と、前記第２の伝達レンズと前記第２の多極子レンズ間の距離が、それぞれ、ｆ、ｆ、ｆ、ｆ−ΔＳであり、且つ、ｆ＞ΔＳ＞０である。
【００１１】
本発明によれば、第１及び第２の多極子レンズ（四極子）の間に第１及び第２の伝達レンズと、補助レンズを配置することで、２段四極子においてもStigmatic conditionを成立させることが可能となる。また、本発明によれば、ｘ方向とｙ方向の補正面を同時に電子光学系の色収差の導入面に一致させることができる。すなわち、本発明によれば、４段四極子に比べて、簡単な構成で精度良く色収差補正を行うことができる。更に、本発明によれば、補助レンズの励起強度を制御するという簡単な制御によってStigmatic conditionを成立させることが可能となる。
【００１２】
（４）また本発明に係る色収差補正装置では、
前記第１及び第２の多極子レンズの光軸方向の長さをＺとし、前記第１及び第２の多極子レンズの励起強度をＣとすると、ΔＳが、次式
【００１３】
【数２】
0005934517.tif 000003
で表される。
【００１４】
（５）また本発明は、電子顕微鏡の電子光学系の色収差補正を行う色収差補正装置の制御方法であって、
前記色収差補正装置が、四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズと、焦点距離ｆを有する第１及び第２の伝達レンズと、補助レンズとを備え、
前記第１及び第２の多極子レンズが、前記第１及び第２の伝達レンズを挟んで配置され、前記第１及び第２の伝達レンズが、前記補助レンズを挟んで配置され、
前記第１の多極子レンズと前記第１の伝達レンズ間の距離と、前記第１の伝達レンズと前記補助レンズ間の距離と、前記補助レンズと前記第２の伝達レンズ間の距離と、前記第２の伝達レンズと前記第２の多極子レンズ間の距離が、それぞれ、ｆ、ｆ、ｆ、ｆ−ΔＳであり、
前記第１及び第２の多極子レンズの光軸方向の長さをＺとし、前記第１及び第２の多極子レンズの励起強度をＣとすると、
前記補助レンズの励起強度を制御して、次式の条件を満たすように前記補助レンズの焦点距離ｆＡを変更する。
【００１５】
【数３】
0005934517.tif 000004
【００１６】
本発明によれば、第１及び第２の多極子レンズ（四極子）の間に第１及び第２の伝達レンズと、補助レンズを配置することで、２段四極子においてもStigmatic conditionを成立させることが可能となる。また、本発明によれば、ｘ方向とｙ方向の補正面を同時に電子光学系の色収差の導入面に一致させることができる。すなわち、本発明によれば、４段四極子に比べて、簡単な構成で精度良く色収差補正を行うことができる。更に、本発明によれば、補助レンズの励起強度を制御するという簡単な制御によってStigmatic conditionを成立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係る色収差補正装置の構成の一例を示す図。
【図２】第２の実施の形態に係る色収差補正装置の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１に、第１の実施の形態に係る色収差補正装置の構成の一例を示す。ここでは、本実施形態の色収差補正装置を、透過型電子顕微鏡の結像系に用いた場合について説明する。
【００２０】
図１に示す色収差補正装置１０は、四極場を発生する第１及び第２の多極子レンズ１２、１４と、第１及び第２の伝達レンズ１６、１８を含み、これらのレンズが作り出す凹レンズ効果によって、透過型電子顕微鏡の対物レンズ２０が持つ色収差を補正する。第１及び第２の多極子レンズ１２、１４は、第１及び第２の伝達レンズ１６、１８を挟んで配置される。
【００２１】
また、第１及び第２の多極子レンズ１２、１４は、同等の電場と磁場が与えられるが、互いに極性が逆になっている。すなわち、第１の多極子レンズ１２で発散力を受ける電子は、第２の多極子レンズ１４では収束力を受け、第１の多極子レンズ１２で収束力を受ける電子は、第２の多極子レンズ１４では発散力を受ける。また、第１及び第２の多極子レンズ１２、１４は、それぞれ光軸方向に長さＺをもつ。
【００２２】
色収差補正装置１０を構成する各レンズは、第１の多極子レンズ１２と第１の伝達レンズ１６間の距離と、第１の伝達レンズ１６と第２の伝達レンズ１８間の距離と、第２の伝達レンズ１８と第２の多極子レンズ１４間の距離が、それぞれ、ｆ、２ｆ、ｆ−Δとなるように配置される。ここで、ｆは、第１及び第２の伝達レンズ１６、１８の焦点距離であり、Δは、ｆ＞Δ＞０の範囲の値であって、後述するStigmatic condition（スチグマチック条件）を満たす値に調整される。なお、第１の多極子レンズ１２と第１の伝達レンズ１６間の距離と、第２の伝達レンズ１８と第２の多極子レンズ１４間の距離を、それぞれ、ｆ−Δ１、ｆ−Δ２として、Δ１＋Δ２＝Δとしてもよい。
【００２３】
試料Ｓの軸上から発する結像電子は、対物レンズ２０によって、無限遠に結像点をもつように光軸ＯＡと平行に対物レンズ２０から射出する。対物レンズ２０から射出した結像電子は、レンズ３０及びレンズ３２によって、一度光軸ＯＡ上に結像した後、色収差補正装置１０の第１の多極子レンズ１２に平行に入射する。第１の多極子レンズ１２における発散軌道をｘ軌道ＸＯ、収束軌道をｙ軌道ＹＯとする。
【００２４】
第１の多極子レンズ１２におけるｘ軌道の射出位置とその傾きを、それぞれｒｈ、ｒｈ’とし、第１の多極子レンズ１２におけるｙ軌道の射出位置とその傾きを、それぞれｒｓ、ｒｓ’とすると、これらは、行列Ｍｈと行列Ｍｓを用いて、次式のように表される。
【００２５】
【数４】
0005934517.tif 000005
【００２６】
ここで、ｒｘ０、ｒｘ０’は、第１の多極子レンズ１２におけるｘ軌道の入射位置とその傾きであり、ｒｙ０、ｒｙ０’は、第１の多極子レンズ１２におけるｙ軌道の入射位置とその傾きである。また、Ｃは、第１の多極子レンズ１２の励起強度を表す値であり、次式のように表される。
【００２７】
【数５】
0005934517.tif 000006
【００２８】
ここで、Ｖは、四極場の励起電圧であり、Ｕは、電子顕微鏡の加速電圧であり、ｂは、多極子のボア半径であり、ｅは素電荷であり、ｍは、電子の質量であり、μ０は、真空の透磁率であり、Ｎｉは、四極場の励起アンペアターンであり、ｃｖは、光速度である。第１の多極子レンズ１２（及び第２の多極子レンズ１４）は、電場と磁場が重畳された四極場を発生する。重畳される電場及び磁場による四極場は、電子に与える力が互いに打ち消し合うように形成する。電子に与える力は、式（７）で表されるが、電場と磁場による力がそれぞれ打ち消しあうとは、式（７）における電位ＶとアンペアターンＮｉの符号が異なるということである。更に、このような状況において、電場四極子が電子に与える力の方が、磁場四極子が電子に与える力より若干勝るようにする。このように、色収差補正装置１０で使用する四極場は、電場と磁場を互いに拮抗させ、且つ電場の方を磁場よりも若干優位に設定することで四極場として働くようにする。
【００２９】
第１の多極子レンズ１２から射出した結像電子は、第１の伝達レンズ１６及び第２の伝達レンズ１８の伝達作用を受けた後、第２の多極子レンズ１４に入射する。第１及び第２の伝達レンズ１６、１８は同じ焦点距離ｆをもち、第１の多極子レンズ１２の作用面（中心面）と第１の伝達レンズ１６は距離ｆだけ離れて配置される。また、第１の伝達レンズ１６と第２の伝達レンズ１８は、距離２ｆだけ離れて配置され、第２の伝達レンズ１８と第２の多極子レンズ１４の作用面（中心面）は、距離ｆ−Δだけ離れて配置される。このようなレンズ配置による第１の伝達レンズ１６及び第２の伝達レンズ１８の伝達作用は、行列Ｍｔを用いて、次式のように表される。
【００３０】
【数６】
0005934517.tif 000007
【００３１】
第２の多極子レンズ１４は、第１の多極子レンズ１２と極性が互いに逆になっているため、第２の多極子レンズ１４におけるｘ軌道の射出位置とその傾きを、それぞれｒｈｓ、ｒｈｓ’とし、第２の多極子レンズ１４におけるｙ軌道の射出位置とその傾きを、それぞれｒｓｈ、ｒｓｈ’とすると、これらは、式（３）の行列Ｍｈ、式（４）の行列Ｍｓ、及び式（９）の行列Ｍｔを用いて、次式のように表される。
【００３２】
【数７】
0005934517.tif 000008
【００３３】
四極場を複数組み合わせた色収差補正装置において重要となるStigmatic conditionは、回転対称の電子ビームが入射した色収差補正装置の射出面において、ｘ軌道の位置及び傾きが、それぞれ、ｙ軌道の位置及び傾きと等しくなることで成立する。従って、本実施形態の色収差補正装置１０がStigmatic conditionを満たすためには、次式が成立する必要がある。
【００３４】
【数８】
0005934517.tif 000009
【００３５】
なお、ｘ軌道の入射位置ｒｘ０及び傾きｒｘ０’は、ｙ軌道の入射位置ｒｙ０及び傾きｒｙ０’と等しいため、次式が成立すればよい。
【００３６】
【数９】
0005934517.tif 000010
【００３７】
すなわち、式（３）〜（６）、式（９）より、次式
【数１０】
0005934517.tif 000011
が成立するようなΔを求め、求めたΔに従って各レンズの配置を調整すれば、色収差補正装置１０においてStigmatic conditionが成立する。Stigmatic conditionが成立した状態では、回転対称の電子ビームが色収差補正装置１０に入射し、回転対称性を保持したまま色収差補正装置１０から射出する。
【００３８】
色収差補正装置１０は凹レンズＣＯとして働くため、凹レンズＣＯの虚像面が焦点距離ｆｃの位置に形成される。第２の多極子レンズ１４から射出した結像電子は、レンズ３４により像Ｉが形成され、以下通常の透過型電子顕微鏡の電子光学系により拡大像が形成される。
【００３９】
次に、色収差補正装置１０の色収差補正機能の詳細について説明する。
【００４０】
Stigmatic conditionが成立することにより、式（１２）と式（１３）から、次式により焦点距離ｆｃが定まる。なお、ここでは対物レンズ２０が無限遠結像に設定されているため、ｒｘ０’＝０、ｒｙ０’＝０を前提として説明する。
【００４１】
【数１１】
0005934517.tif 000012
【００４２】
ここで、ｆｃの符号は、電子の進行方向に対して逆の方向に正符号をもつものとする。式（１７）の右辺を計算すれば分かるように、ｆｃは、０＜β＜０．７πの範囲では、常に正の値をとる。四極場の強度は強くてもせいぜいβ＜０．５π程度で設定せざるを得ない。なぜなら、βが０．８π近くになるような四極場の強度では、式（２）〜式（５）から分かるように、収束電子は光軸をまたいで振動を開始し、発散電子は電子通路の壁に衝突する程曲げられるからである。従って、式（１７）で定義されるｆｃは実用の範囲で正の値をもつと考えてよい。
【００４３】
図１には、ｆｃが正であるときの電子の軌道を示してある。電子は色収差補正装置１０を通過することにより、光軸ＯＡから遠ざかる方向に偏向されている。式（１７）の右辺は、ｒｘ０、ｒｙ０を含まないので、試料Ｓの軸上から射出した全ての電子が、色収差補正装置１０の仮想的な主面から、電子の進行方向と逆方向に距離ｆｃの位置に虚像結像することになる。すなわち、色収差補正装置１０により、焦点距離ｆｃをもつ凹レンズＣＯが形成されており、その主面は、第１の多極子レンズ１２に入射する軌道と、第２の多極子レンズ１４から射出する軌道が交わる面と考えることができる。ｘ軌道及びｙ軌道とも、同じ仮想的な主面が得られることは、Stigmatic conditionを満たすことで保障される。
【００４４】
すなわち、色収差補正装置１０への入射電子は、ｘ軌道、ｙ軌道ともに、光軸ＯＡから遠ざかる方向に偏向され、且つ、１つの凹レンズＣＯの主面で偏向されると考えることができる。凹レンズＣＯの主面は、おおむね第１の多極子レンズ１２の中心であり、また、おおむね第２の多極子レンズ１４の中心でもある。第１の多極子レンズ１２の中心と第２の多極子レンズ１４の中心は、第１及び第２の伝達レンズ１６、１８の作用により、おおむね光学的に等価な面（１次軌道の範囲で同一面）であるといえる。
【００４５】
虚像結像点における像倍率Ｍは、対物レンズ２０の焦点距離ｆＯとすると、次式のように表される。
【００４６】
【数１２】
0005934517.tif 000013
【００４７】
電子顕微鏡の対物レンズ２０の色収差とは、電子の微小なエネルギー変化δＵによって対物レンズ２０の焦点距離がδｆだけ変化することに起因する収差である。対物レンズ２０の色収差係数をＣｃとすると、δｆは次式のように表される。
【００４８】
【数１３】
0005934517.tif 000014
【００４９】
δｆは、δＵを例えば正の値とした場合、電子のエネルギーが大きくなることで対物レンズ２０による偏向力が小さくなることで引き起こされるフォーカスのずれである。対物レンズ２０は凸レンズであり、エネルギーの大きな、すなわち偏向力の小さい電子に対しては、δｆは電子の進行方向のずれとなる。式（１９）におけるδｆは、試料面でのフォーカスずれであり、任意の像面において、δｆに対応する像のｚ方向（光軸方向）のずれは、δｆに像倍率の二乗を掛けた量になる。従って、対物レンズ２０の色収差は、図１に示すｆｃを紙面右方向（電子の進行方向）にＭ２δｆだけずらす。
【００５０】
これに対して、色収差補正装置１０は凹レンズＣＯとして働くため、エネルギーの大きな、すなわち偏向力の小さい電子に対するｆｃのずれは電子の進行方向と逆方向のずれとなる。従って、対物レンズ２０の色収差によるｆｃのずれと、色収差補正装置１０によるｆｃのずれが丁度打ち消し合う条件下で、色収差が補正されることになり、その条件は、次式のように表される。
【００５１】
【数１４】
0005934517.tif 000015
【００５２】
式（２０）は、式（１８）により、
【数１５】
0005934517.tif 000016
となる。
【００５３】
すなわち、式（２１）を満たすように、第１及び第２の多極子レンズ１２、１４に対して、式（７）における四極場の電位Ｖ及びアンペアターンＮｉを与えれば、色収差補正装置１０により対物レンズ２０の色収差が補正される。式（２１）を満たすＶとＮｉの組は無数に存在する。表１に、加速電圧Ｕ＝２００ｋＶ、対物レンズ２０の焦点距離ｆＯ＝２．３ｍｍ、色収差係数Ｃｃ＝１．５ｍｍとした場合に生じる色収差を補正するための、Ｖ（単位：Ｖ）及びＮｉ（単位：Ａ）と、このとき得られる各パラメータΔ（単位：ｍｍ）、ｆｃ（単位：ｍｍ）、Ｍを一例として示す。なお、第１及び第２の多極子レンズ１２、１４のボア半径ｂ＝２．５ｍｍとし、光軸方向の長さＺ＝８０ｍｍとした。
【００５４】
【表１】
0005934517.tif 000017
【００５５】
このように本実施形態の色収差補正装置１０によれば、２段の四極場においてもStigmatic conditionを成立させることが可能となる。また、色収差補正装置１０における２段の四極場と伝達レンズによる色収差補正は、四極場の特性を直接用いるものではなく、四極場内での電子の軌道変化がもたらす副次的な凹レンズ作用を利用するものである。この凹レンズ作用は、収束軌道にある電子と発散軌道にある電子のいずれにも同時に働く。すなわち、１段の四極場でｘ軌道及びｙ軌道にある電子に対して、同時に凹レンズのもつ色収差補正機能を働かすことができる。従って、ｘ方向とｙ方向の補正面を同時に対物レンズの色収差の導入面に一致させることができ、副次的収差を発生させずに精度良く色収差補正を行うことができる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図２に、第２の実施の形態に係る色収差補正装置の構成の一例を示す。なお、図２において、図１に示した構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
図１に示す色収差補正装置１０では、式（１５）を満たすΔを求め、求めたΔに従って機械的に第２の多極子レンズ１４の配置を固定する必要があり、自由度の少ない設計となる。そこで、図２に示すように、第１の伝達レンズ１６と第２の伝達レンズ１８の間に、補助的な働きをする補助レンズ１７を配置し、補助レンズ１７の励起強度を制御して補助レンズ１７の焦点距離を調整することで、Stigmatic conditionを成立させるための調整を行えるようにしてもよい。
【００５８】
図２に示す色収差補正装置１０では、第１の多極子レンズ１２の作用面と第１の伝達レンズ１６は距離ｆ（ｆは、第１及び第２の伝達レンズの焦点距離）だけ離れて配置され、第１の伝達レンズ１６と補助レンズ１７は、距離ｆだけ離れて配置され、補助レンズ１７と第２の伝達レンズ１８は、距離ｆだけ離れて配置され、第２の伝達レンズ１８と第２の多極子レンズ１４の作用面は、距離ｆ−ΔＳだけ離れて配置される。ここで、ΔＳは、ｆ＞ΔＳ＞０の範囲の値であって、次式で表される値である。
【００５９】
【数１６】
0005934517.tif 000018
【００６０】
すなわち、ΔＳを、式（１５）のStigmatic conditionを満たすΔよりも大きな値に設定し、設定したΔＳに従って各レンズの配置を調整しておく。なお、補助レンズ１７以外の各レンズの強度は、図１の場合と同じとする。ΔとΔＳの関係は、次式のように表される。
【００６１】
【数１７】
0005934517.tif 000019
【００６２】
ここで、ｆＡは、補助レンズ１７の焦点距離である。式（２３）の意味するところは、補助レンズ１７の励起強度を大きくすれば焦点距離ｆＡが小さくなり、それによって図１のΔが小さくなることと等価な効果を得られるということである。式（２２）で示したように、ΔＳは、予めStigmatic conditionを満たすΔよりも大きな値に設定されているので、式（２３）で得られるΔが、式（１５）のStigmatic conditionを満たすように（すなわち、式（２３）の右辺が式（２２）の右辺と等しくなるように）、補助レンズ１７の励起強度（すなわち、焦点距離ｆＡ）を調整すればよい。すなわち、補助レンズ１７の励起強度を制御することで、Stigmatic conditionを成立させるための調整を行えることになり、装置調整の自由度が向上する。なお、図２に示す色収差補正装置１０の色収差補正機能は、図１の例と全く同じである。
【００６３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【００６４】
例えば、上記第１及び第２の実施の形態では、色収差補正装置を、透過型電子顕微鏡の結像系に用いた場合について説明したが、本発明に係る色収差補正装置を、透過型電子顕微鏡の照射系に用いてもよい。この場合、図１、図２に示した色収差補正装置１０の各光学素子の配置は、試料Ｓを挟んで電子源側に鏡面対称に配置したものとなる。なお、色収差補正装置１０の各光学素子の励起強度は図１、図２の例と全く同じである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  色収差補正装置、１２  第１の多極子レンズ、１４  第２の多極子レンズ、１６  第１の伝達レンズ、１７  補助レンズ、１８  第２の伝達レンズ、２０  対物レンズ、３０，３２，３４  レンズ
【図１】
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【図２】
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