(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズ（１６）に対し光路方向の下流側に配置され、前記対物レンズの３次の開口収差を補正する装置であって、
前記補正装置（１３）は、第一（１８）および第二のセクスターポールと、前記両セクスターポールの間に配置する２個の円形レンズとから成るものとし、
前記２個の円形レンズを焦点距離が同一のものとし、前記２個の円形レンズ相互の間隔を前記焦点距離の２倍とし、前記各円形レンズを隣接する前記セクスターポールの中心面から焦点距離に相当する間隔をとって配設する、３次の開口収差を補正する装置において、
前記補正する装置は、前記対物レンズ（１６）と前記補正装置（１３）との間に、第一および第二の２個の円形レンズ（１４，１５）を更に有し、
前記第一および第二の円形レンズ（１４，１５）の焦点距離を異なるものとしたことと、
前記対物レンズに近接する側の第一の円形レンズ（１４）と前記対物レンズのコマ収差のない面（１６）との間隔を前記第一の円形レンズ（１４）の焦点距離と等しくしたことと、
前記第一および第二の円形レンズ（１４，１５）の間隔をその焦点距離の和に等しくしたことと、
予め調整された補正装置（１３）が、その都度の補正すべき対物レンズに、前記第一および第二の円形レンズ（１４，１５）の屈折力の調整および位置決めを介して適合されることと、
を特徴とするレンズの３次の開口収差を補正する装置。
【請求項２】
前記第二の円形レンズ（１５）の焦点距離を前記第一の円形レンズ（１４）の焦点距離よりも短くして、前記補正装置の補正作用を減少する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第二の円形レンズ（１５）の焦点距離を前記第一の円形レンズ（１４）の焦点距離よりも長くして、前記補正装置の補正作用を増幅する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記予め調整された補正装置の残存する開口収差を、前記第一及び第二の円形レンズ（１４，１５）の屈折率の調整によりフェーズコントラストを形成するように生じさせる、請求項１ないし３いずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
この発明は、レンズ、特に顕微鏡の対物レンズの３次の開口収差を補正する装置に関する。この発明の装置は対物レンズについて、光線の通路の下流側に配置するものであって、第一のセクスターポールと第二のセクスターポールとの間に、焦点距離が等しい２個の円形レンズを、相互にその焦点距離の２倍の間隔をとり、さらに各円形レンズに隣接するセクスターポールの中心を通る平面から、円形レンズの焦点距離に該当する間隔をとって配置して成るものである。
開口収差という概念は、ガウスの光線屈折学において、像面内において光軸より出ている基本経路によって決まる光学的な像の欠陥を総称するものである。高解像度の電子光学システムの性能、つまり解像力は開口収差によって左右される。したがって、高解像力の電子顕微鏡に特に要望されるのは、この開口収差を無くすことである。光軸が直線状の円形レンズ・システムの場合には、３次の球面収差が問題となる。
「ニュックリア・インスッルーメント・メソッド」（Nuclear Instruments and Methods）誌、１９８１年第１８７巻の第１８７頁以降には、とくにラスター・トランスミッションスーイレクトロンマイクロスコープ（Raster-Transmissions）電子顕微鏡に適用する解決手段が提案されている。その基本的な構成は、２個のセクスターポールの間に、焦点距離が同一の円形レンズ２個を配置して成る円形レンズ・システムであって、２個の円形レンズの間隔を、そのレンズの焦点距離の２倍にしてある。２個のセクスターポールは、それぞれに隣接する円形レンズから、その円形レンズの焦点距離だけ離してある。したがって、第一のセクスターポールの中心面が第二のセクスターポールの中心面に結像する。
欧州特許第０４５１３７０号公報には、このような補正装置を、対物レンズとして使用する円形レンズについて、３次の開口収差を除くために具体的に適用することを開示している。同公報に開示の発明によれば、この補正装置と対物レンズとの間に、別の円形レンズが２個配置してあって、この２個の円形レンズの構成と、補正装置の入口側のセクスターポールとの配置が、補正装置における２個の円形レンズの構成と同一にしてある。
前記特許公報に開示してある補正手段においては、その開口収差の調整が極めて面倒であるという欠点がある。さらに、同公報に記載の解決手段によると、一度調整した補正装置を対物レンズと関連させ（対物レンズに対して補正装置が適合するように調整し）なければ、使用することができない。（焦点距離と球面収差とが異なる別の）対物レンズについて整合させることは極めて困難で、ほとんど不可能といってよく、補正装置それ自体を代替えしなければならない。
以上に述べた問題点を考慮して、この発明の主目的は、３次の開口収差を除くために、その補正装置を光路上において、対物レンズの後方に配置して、第一には、各種の対物レンズについて容易に調整するようにできることと、第二には、開口収差を簡単に微調整できるようにすることにある。
この発明は、これらの課題を解決するために、２種類の解決手段を提供するものである。
その第一の解決手段は、対物レンズと補正装置との間に、１個の円形レンズを配置するもので、この円形レンズは、次に述べる２条件を満足させるためのものである。すなわち、第一には、対物レンズから出る光路を平行する光線として、それ自体公知の補正装置の入口に供給しなければならない。これが対物レンズにおいて、光軸から出る基本経路についての一つの条件である。さらに、円形レンズは、対物レンズのコマ収差の無い面を補正装置のセクスターポールのコマ収差の無い面に結像させなければならないという課題がある。この課題から、コマ収差の無い面内に結節点を有するような軸線外の基本経路についての条件が生ずる。さらに、これらの条件から、軸方向の基本経路は、円形レンズの前方で光軸と交わり、円形レンズから短い距離の位置に中間像を生ずるようにする。とくに、前記欧州特許第０４５１３７０号公報に開示されている発明と、この発明とは全く相違し、中間像は無限に遠い位置となり、別個の円形レンズを用いていることである。
次に、この発明の構成の特徴について詳細に説明する。
この発明においては補正装置の位置は固定され、補正のために正しく位置を調整するものとする。対物レンズと補正装置との間に配置する円形レンズは、これを光軸に沿って移動して、レンズの倍率に応じて、軸線方向の基本経路の高さを調節して、その円形レンズのパワーを調整する。最終段階としては、対物レンズのパワーを変えて整合する。この場合には、対物レンズを変更する割合は、比較的少く、通常の対物レンズでは１０％程度である。したがって、完全に補正状態に整合、調整するには、円形レンズの位置を調整することによっておこなう。補正状態を調整するときに、像に欠陥を生ずるおそれは全くない。補正装置が対物レンズの開口収差と焦点距離および残存する開口収差のそれぞれについて調整できれば、補正装置は安定した調整ができる。この発明による円形レンズを用いた整合は、極めて容易で、広く実施することができる。
この発明は、以上に述べたように調整が頗る容易で、１個の円形レンズを使用することによって行うことができるため、従来の装置にくらべて構成が簡易となる。この発明の円形レンズによる前述の整合は、極めて簡単で、何らの問題なく実施することができる。
さらに、この発明によれば、調整が頗る容易であるばかりでなく、単に１個の円形レンズのみを使用すれば良いために、従来技術にくらべて、その装置の構成が極めて簡単である。したがって、たとえば、この円形レンズを空間に収納するのに対物レンズの作動範囲内に配置する必要があるために、半径方向について配置するための十分な空間が利用できる。その上、冷却に当っての消費電力を軽減することができる。
以上に述べた補正装置は、３次の球面収差を完全に除去するということにある。しかしながら、念のために述べると、作動中にレンズの位相差を生ずるために、球面収差はゼロにはならず、本来の数値の約１乃至５％に低下する。３次の小さな像の欠陥を調整するには、円形レンズのパワーを変えておこない、従来のように、補正装置のパワーを変えておこなうものではない。したがって、その点においても、この発明の補正装置は意義のあるものである。
この発明の他の実施態様は、対物レンズと補正装置との間に配設してある、２対の円形レンズの、それぞれの焦点距離が全く異なっていて、対物レンズに近接する側の一方の円形レンズと、補正装置のコマ収差のない面と他方の円形レンズとの間隔が、その円形レンズの焦点距離に等しく、この１対円形レンズの間隔が、それぞれの円形レンズの焦点距離の和に等しくした点を特徴としている。
この発明の第二の実施態様の解決手段は、使用する要素の数について、前記欧州特許第０４５１３７０号公報に開示されているものと同一ではあるが、２個の円形レンズを対物レンズと補正装置との間の空所に配置することと、円形レンズの焦点距離と同じ距離に配置する点において、全く相違するものである。この発明は、前記欧州特許公報に開示されている解決手段と相違して、これら両方の円形レンズの焦点が異なり、対物レンズに近接する円形レンズと対物レンズのコマ収差のない面との間隔が、その円形レンズの焦点距離に等しく、補正装置に近接する側の第二の円形レンズと補正装置のコマ収差のない面、すなわち入口側のセクスターポールのコマ収差のない面との間隔と、その円形レンズのコマ収差のない面、あるいは入口側のセクスターポールのコマ収差のない面との間隔とを、その円形レンズの焦点距離に等しくしてある。さらに、両円形レンズの間隔はその円形レンズの焦点距離の和に等しくしてある。なお、この両円形レンズの焦点距離が同一となる極端な場合には、前記欧州特許第０４５１３７０号による要件と同様になる。
供与された対物レンズに、補正装置を整合するにも、前述の手段を適用する。補正装置を最適の状態にし、すなわち補正装置が一定値に設定された状態にして、２個の円形レンズから成る装置に挿入する。両円形レンズの屈折率と位置とを設定して、対物レンズについての整合をする。これによって、一定の数値の球面収差を有する対物レンズについての修正ができ、さらに各種の対物レンズの球面収差をも、同様にして修正することができる。したがって、対物レンズの球面収差が相違するたびに、必ずしも補正装置を修正する必要がないので、頗る好都合である。その結果、円形レンズの位置の調整と、位置ぎめとが行なわれるため、対物レンズについて補正装置の構造を修正する必要はない。この場合においても、球面収差のある対物レンズに対して、最適な条件に修正されている補正装置を整合するには、対物レンズと補正装置との間に配設する円形レンズの位置を正しく設定しておこなう。
この第二の実施態様は、前記第一の実施態様にくらべて、２個の円形レンズを組み込んでいるために、重量が増し、また冷却用の電力消費量が増加するという不利益がある。
また、補正装置に近接する円形レンズの焦点距離を、対物レンズに近接する円形レンズの焦点距離よりも短くする提案がある。このようにすると、開口の収差の補正が的確におこなえないという不利益がある。
この発明についての、以上に述べた特徴や利益を、この発明の実施態様を示す図面について説明する。
図１：対物レンズと補正装置との間に１個の円形レンズを配設して成る補正装置の光路を示す図である。
図２：対物レンズと補正装置との間に焦点距離の異なる２個の円形レンズを配設して成る補正装置の光路を示す図である。
図１には、一つの補正装置の各々の光学要素に関するガウスの屈折光学についての基本的な２種類の解決手段の光路を示すもので、補正装置１と、対物レンズ２と、両者の間に配設した円形レンズ３とから構成されている。ガウスの屈折光学系の基本経路は光軸４から出て軸外の基本経路５に至る。対物レンズ２のコマ収差のない面６は、軸外の基本経路５の節点となっている。円形レンズ３は、その節点が補正装置１の第一のセクスターポールのコマ収差のない面７にあるように、経路５が屈折される。軸方向の経路４は光軸を貫通して中間像をつくり、円形レンズ３によって、補正装置について平行に送りこまれる。その経路の幅は円形レンズ３を光軸について移動させることによって制御することができる。
光学系全体が作動しているときに、レンズ２と３のパワーを適宜変化させることによって、球面収差を微調節することができる。
補正装置それ自体は公知の態様によって構成してあって、その間に、焦点距離が同一の２個の円形レンズ１０，１１が配設してある。円形レンズの間隔は、そのレンズの焦点距離の２倍にとってある。円形レンズと隣接するセクスターポールとの間隔は焦点距離に等しくしてある。この補正装置は３次の球面収差を除去するものである。
図２においても、対物レンズ１２と補正装置１３との間の光路を、ガウスの屈折光学の基本経路について示してある。補正装置１３は前述した補正装置１と同じであるから、繰り返して説明することを省略する。
図１と異なるところは、対物レンズ１２と補正装置１３との間に、屈折率の異なる２個の円形レンズ１４，１５が配設してあることである。第一の円形レンズ１４は対物レンズ１２のコマ収差のない面１６から、その円形レンズ１４の焦点距離の間隔をとって配置してある。第二の円形レンズ１５は、２個の円形レンズ１４，１５の焦点距離を合わせた間隔としてあり、第二の円形レンズ１５は、第一のセクスターポール１８のコマ収差のない面１７から第二の円形レンズの焦点距離に等しい間隔をとって配してある。
補正装置を前以て調整しておいて、２個の円形レンズ１４，１５の屈折率を調整して、位置ぎめし、対物レンズ１２について修正する。対物レンズ１２の球面収差の値について整合するようにして補正装置を設定するのであるから、同一の補正装置１３を焦点距離および球面収差が異なる他の対物レンズにも使用することができる。
結論として、前記の各図に示す解決手段は、あらかじめ調整して、最も適合するようにした補正装置を対物レンズに容易に整合することができ、円形レンズによって所望の残留開口収差を修正することができる解決手段を提供するものであるということである。
【図１】
0004282773.tif 000002
【図２】
0004282773.tif 000003