CN107710380B

CN107710380B - 带电粒子检测器

Info

Publication number: CN107710380B
Application number: CN201680037897.2A
Authority: CN
Inventors: 须山本比吕; 小林浩之; 服部真也
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: CN107710380A; JP6452561B2; US20180174810A1; JP2017016918A; US10312068B2; WO2017002936A1

Abstract

本实施方式所涉及的带电粒子检测器(1)在组合具有偏角的MCP(10)和PD(80)的结构中，为了与现有技术相比更加提高响应特性，具备夹着聚焦电极(60)而配置的MCP和PD。MCP具有分别仅倾斜了偏角(θ)的多个贯通孔，以相对于MCP的中心轴(AX1)电子入射面的中心沿偏角方向(S3)仅偏离规定距离的方式，PD被偏心配置。

Description

带电粒子检测器

技术领域

本发明涉及配置于质量分析装置等的真空腔室内并检测离子或电子的带电粒子检测器。

背景技术

作为能够适用于质量分析装置等的带电粒子检测器、例如离子检测器的结构，例如，已知有应用了电子倍增管的结构、应用了微通道板(以下，称为MCP)的结构、将MCP和电子冲击型二极管进行组合的结构等。特别是将MCP和电子冲击型二极管进行组合的结构具有装置寿命长且最大输出电流大这样的特征。另一方面，对于时间响应特性，大幅依赖于电子冲击型二极管的尺寸(电子入射面的面积)。

在以下的专利文献1中，作为如上所述的离子检测器，公开了由MCP、聚焦环、电子冲击型二极管构成的离子检测器。另外，应用于上述离子检测器的MCP中，设置有在仅倾斜了1～2°左右的偏角的状态下平行地配置的多个通道。

另一方面，在以下的专利文献2中公开了一种飞行时间型质量分析计排列装置，其具有MCP检测器和针形阳极，MCP检测器具有用于对试样照射的激光的中心孔，针形阳极配置于偏离于MCP的中心孔的位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平07-073847号公报

专利文献2：日本特表2004-502276号公报

发明内容

发明所要解决的课题

发明人们对现有的带电粒子检测器进行了研究，其结果，发现了以下所述的课题。即，在上述专利文献1中，公开了各通道仅倾斜偏角的MCP，但是，从图3所示的电子轨道的例子可知，对于涉及由MCP的偏角引起的电子轨道的聚焦的课题，既没有记载也没有启示。另外，在上述专利文献2中，由于激光照射用而设置的中心孔的存在，针形阳极相对于MCP的中心轴偏心配置，但是，该专利文献2中也既没有记载也没有启示涉及由MCP的偏角引起的电子轨道的聚焦的课题。因此，在现有的带电粒子检测器中，对在MCP设定的偏角对电子轨道的影响没有任何研究。

MCP的偏角是为了防止入射带电粒子不与各通道的内壁发生碰撞而通过该MCP而设置的通道的倾斜角。一直以来，由于MCP的用途多为成像，当然对上述的那样的课题未曾有过认识。

另外，适用于现有的离子检测器的电子冲击型二极管包含光电二极管、雪崩光电二极管等，但是与通常的光电二极管不同，有如下特征：在表面形成的氧化膜(钝化膜)极薄，或者未形成氧化膜。在本说明书中，以下，将“电子冲击型二极管”仅标记为PD。对于PD，电子入射面越小，则容量越小，但是由于在现有的离子检测器中不考虑由MCP的偏角导致的对电子轨道的影响，因此PD的小型化变得困难，结果也存在不能得到良好的响应特性这样的课题。此外，根据发明人们的见解，已知：从MCP出射的电子的轨道、特别是电子的聚焦点(spot)的位置依赖于在以下进行说明的从偏角方向出射的电子的初速度而改变。

本发明是为了解决如上所述的课题而完成的，其目的在于，提供一种带电粒子检测器，其应用了具有规定的偏角的MCP与电子冲击型二极管的组合，具有与现有的带电粒子检测器相比较，用于使响应特性提高的构造。

解决课题的技术手段

在应用了MCP与PD的组合的结构中，为了得到良好的响应特性，优选缩小该PD的电子入射面(有效区域)。因此，为了将从MCP出射的电子的轨道聚焦于小的PD，需要静电透镜(聚焦电极)。

为了达成上述目的，本实施方式所涉及的带电粒子检测器实现如下构造：至少包括具有规定的偏角的MCP、PD和聚焦电极，并且能够应用更小型的PD(具有更小的电子入射面的二极管)。即，MCP具有：入射带电粒子的输入面；出射二次电子的输出面；和分别连接输入面和输出面的多个贯通孔(通道)。各贯通孔在其内壁上具有二次电子放出面，并且其中心轴以至少相对于输出面仅倾斜以锐角规定的偏角的方式进行配置。PD以面对MCP的方式进行配置，并且具有其面积比该MCP的有效区域的面积小的电子入射面。聚焦电极设置于MCP与PD之间，具有：位于MCP侧的第一开口；位于PD侧的第二开口；和连续地包围从MCP向PD的二次电子的轨道的形状。此外，本说明书中的“偏角”是指正交于MCP的输出面的基准轴与各贯通孔的中心轴所成的角度(锐角)，为了防止入射带电粒子不撞击各个贯通孔的内壁而通过该MCP，各个贯通孔相对于该MCP的输出面倾斜配置。

如上所述，通过MCP与PD的组合而构成的带电粒子检测器的情况下，在MCP中能够实现大约1000倍的电子倍增，在PD中能够进一步实现大约1000倍的电子倍增。这样，由于通过MCP与PD的组合而进行电子倍增，具有动态范围扩大这样的效果。另外，通过PD进行的电子倍增由于在该PD的内部进行，不会由表面的脏污(电子入射面的脏污)而导致电子倍增率降低。

特别地，在本实施方式所涉及的第一方式中，PD的电子入射面相对于MCP的中心轴而被偏心配置于偏角方向。具体而言，“偏角方向”在与PD的电子入射面一致的基准平面上，通过从基准轴与基准平面的交点朝向基准贯通孔的中心轴与基准平面的交点的方向规定，其中，基准轴通过从多个贯通孔选择的基准贯通孔的开口中与MCP的输出面一致的开口的中心并且与该输出面正交。此时，相对于MCP的中心轴与基准平面的交点，以使电子入射面的中心沿偏角方向仅偏离规定距离的方式，PD被偏心配置，其中，MCP的中心轴是通过MCP的有效区域的中心并且正交于输出面的轴。

另外，在本实施方式所涉及的第二方式中，替代PD的偏心而使例如聚焦电极的出射端开口(第二开口)等、聚焦电极的至少一部分相对于MCP的中心轴而被偏心配置于偏角方向。具体而言，相对于MCP的中心轴与基准平面的交点，以聚焦电极的第二开口的中心沿偏角方向仅偏离规定距离的方式，聚焦电极的至少一部分被偏心配置，其中，MCP的中心轴是通过有效区域的中心并且正交于输出面的轴。

作为能够适用于上述第一或者第二方式的第三方式，也可以将聚焦电极设定为与MCP的输出面相同电位。作为能够适用于上述第一～第三方式中至少任一方式的第四方式，也可以将聚焦电极设定为与PD的电子入射面相同电位。根据这些第三和第四方式，通过使聚焦电极的电位与MCP的输出面或者PD的电位一致，能够以更少的电源来驱动该带电粒子检测器(供电构造的简要化)。

作为能够适用于上述第一～第四方式中至少任一方式的第五方式，该带电粒子检测器也可以还包括设置于MCP与聚焦电极之间的网状电极。

作为能够适用于上述第一～第五方式中至少任一方式的第六方式，优选PD中的电子入射面的最大宽度为3mm以下。另一方面，作为能够适用于上述第一～第六方式中至少任一方式的第七方式，优选从MCP的输出面到达PD的电子入射面的二次电子的点(spot)直径为1mm以下。

此外，作为能够适用于上述第一～第七方式中至少任一方式的第八方式，聚焦电极也可以由躯干部和凸缘部件构成，躯干部连续地包围从微通道板朝向电子冲击型二极管的二次电子的轨道，凸缘部件用于对第二开口的中心位置和大小进行规定。作为能够适用于上述第一～第八方式中至少任一方式的第九方式，躯干部优选由从MCP向PD依次配置的多个中空部件构成。再有，作为能够适用于上述第一～第九方式中至少任一方式的第十方式，该带电粒子检测器也可以还包括：在其主面上搭载有电子冲击型二极管的基板；和树脂凸缘，所述树脂凸缘具有用于使从微通道板向电子冲击型二极管的二次电子通过的开口，并且配置于聚焦电极与基板之间。

此外，通过以下的详细的说明和添加的附图，能够进一步对本发明的各实施方式进行充分地理解。这些实施例仅用于例示，本发明不应限于此。

另外，根据以下的详细的说明，可知本发明的更多的应用范围。但是，详细的说明和特定的事例表示本发明的适宜的实施方式，但是仅用于例示，显然，根据该详细的说明，对本领域技术人员来说，本发明的范围内的种种变形和改进是不言自明的。

发明的效果

根据本实施方式，即使在由MCP的偏角而导致二次电子发生轨道偏心时，通过将PD相对于该MCP的中心轴偏心配置、或者将聚焦电极的出射端开口的中心偏心配置，也能够使用更小的PD(例如，电子入射面的最大宽度为3mm以下)，其结果，能够实现该带电粒子检测器的高度响应。

再有，上述的结构由于在MCP与PD这两者进行电子倍增，能够降低MCP的增益，进而实现线性的提高。另外，对于设定有大的偏角的MC也有效，也能够期待质量分辨率的提高(抖动的降低)。

附图说明

图1是用于对本实施方式所涉及的带电粒子检测器的概要结构和动作原理进行说明的图。

图2是用于对PD的电子入射面与该电子入射面上的二次电子的点直径(二次电子到达的电子入射面上的区域尺寸)的关系进行说明的图。

图3是用于说明本实施方式所涉及的能够适用于带电粒子检测器的MCP的结构的图。

图4是用于对偏角方向进行说明的图。

图5是第一实施方式所涉及的带电粒子检测器的组装工序图。

图6是第一实施方式所涉及的带电粒子检测器的立体图和截面图。

图7是表示比较例所涉及的带电粒子检测器中MCP－PD间的位置关系和MCP与PD之间的空间中的等电位线和二次电子的轨道的图。

图8是表示第一实施方式所涉及的带电粒子检测器的一个例子中MCP－PD间的位置关系和MCP与PD之间的空间中的等电位线和二次电子的轨道的图。

图9是表示关于第一实施方式所涉及的带电粒子检测器的一个例子的具体的構造和二次电子的轨道的仿真结果的图。

图10是表示关于第一实施方式所涉及的带电粒子检测器的其他的例子的具体的構造和二次电子的轨道的仿真结果的图。

图11是用于对第二实施方式所涉及的带电粒子检测器中的聚焦电极中凸缘部的结构进行说明的图。

图12是表示第二实施方式所涉及的带电粒子检测器的一个例子中MCP－PD间的位置关系和MCP与PD之间的空间中的等电位线和二次电子的轨道的图。

图13是用于对第三实施方式所涉及的带电粒子检测器的截面结构进行说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的带电粒子检测器的各种实施方式进行详细说明。此外，附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号并省略重复的说明。再有，本发明不限于这些例示，意图包含根据权利要求的范围来表示，另外，在与权利要求的范围等同的含义和范围内的所有变形。

图1是用于对本实施方式所涉及的带电粒子检测器的概要结构和动作原理进行说明的图。图1中，本实施方式所涉及的带电粒子检测器1具有：微通道板(MCP)10；接收从MCP10输出的二次电子的电子冲击型二极管(PD)80；和设置于MCP10与PD80之间且用于将从MCP10出射的二次电子的轨道聚焦的聚焦电极60。MCP10具有：入射带电粒子达到的输入面10a；出射响应于该入射带电粒子而产生的二次电子的输出面10b；和分别在仅倾斜规定的偏角的状态下并列配置的多个贯通孔。聚焦电极60由设定为相同电位的中空躯干部60a和凸缘部60b构成。另外，中空躯干部60a具有用于使二次电子的轨道聚焦在MCP10的中心轴AX1附近的贯通孔60a₁。凸缘部60b具有用于对到达与PD80的电子入射面一致的基准平面100上的二次电子的聚焦点的点直径进行调整的开口60b₁。

在上述的装置结构中，基准平面100上的二次电子的聚焦点的位置依赖于MCP10的偏角而偏离于MCP10的中心轴AX1。即，以电子入射面的中心C1位于MCP10的中心轴AX1上的方式对PD80进行配置的结构中，例如如图7所示，成为从MCP10出射的二次电子的一部分不能到达PD80的电子入射面的状态。因此，不考虑由于MCP10的偏角导致的对电子轨道的影响时，不易于PD80的小型化。

本实施方式中，考虑由于如上述的MCP10的偏角导致的对电子轨道的影响，采用将PD80沿基准平面100在图1中的箭头S1所示的偏角方向上偏心配置的结构，和/或将凸缘部60b的开口60b₁的中心12在图1中的箭头S2所示的偏角方向上偏心配置的结构。

图2是用于对PD80的电子入射面800与该电子入射面800上的二次电子的聚焦点SP的点直径的关系进行说明的图。在本实施方式中，相对于MCP10的中心轴AX1、PD80(电子入射面800的中心C1)和/或凸缘部60b的开口60b₁的中心12沿以MCP10的偏角规定的偏角方向偏心配置，因此能够对PD80本身进行小型化。因此，在本实施方式中，PD80中的电子入射面800的最大宽度为3mm以下，优选为1mm以下。另外，二次电子的聚焦点SP的最大点直径为1mm以下。

接着，使用图3和图4，对本实施方式所涉及的适用于带电粒子检测器1的MCP10的具体的结构、偏角和偏角方向进行详细地说明。此外，图3(a)是用于说明MCP10的结构的立体图，图3(b)是从图3(a)中的箭头A表示的方向观察的MCP10的截面图。

如图3(a)所示，MCP10具有板状的结构体(主体)，作为多个通道规则正确地排列的电子倍增元件而为人所知。即，MCP10是以铅玻璃为主要成分的薄型圆盘状的结构体(主体)，除环状的外周部11配置有在厚度方向(从输入面10a向输出面10b的方向)上延伸的多个贯通孔12，通过蒸镀在该结构体的两面形成有电极13。电极13没有覆盖MCP10的整个面，使MCP10的外周部11自外周端露出0.5mm～1.0mm而形成。

如图3(b)所示，多个贯通孔12在相对于MCP10的输出面10b仅倾斜规定的偏角的状态下并列配置，在它们的内壁(通道壁)面上形成有二次电子放出面121。另外，“偏角”通过与MCP10的输出面10b垂直的基准轴AX2和各贯通孔12的中心轴AX3规定。即，关于从多个贯通孔12选择的贯通孔(基准贯通孔)，对通过该基准贯通孔的开口中与输出面10b一致的开口的中心O1的基准轴AX2进行规定时，在该开口中心O1中基准轴AX2与交叉的基准贯通孔的中心轴AX3所成的锐角是偏角θ。

再有，根据如上所述规定的MCP10的偏角θ对偏角方向进行特定。具体而言，如图4(a)所述，在与PD80的电子入射面800一致的基准平面100上，将基准轴AX2和基准平面100的交点设为O2，基准轴AX2通过基准贯通孔的开口中与MCP10的输出面10b一致的开口的中心O1并且与该输出面10b正交。另外，将基准贯通孔的中心轴AX3与基准平面100的交点设为O3。此时，从基准平面100上的交点O2朝向交点O3的以箭头S3表示的方向成为偏角方向。

具体而言，使PD80相对于MCP10的中心轴AX1偏心时，通过使PD80的电子入射面800的中心C1相对于MCP10的中心轴AX1沿如上所述规定的偏角方向S3移动而实现。另外，使凸缘部60b的开口60b₁相对于MCP10的中心轴AX1偏心时，通过使凸缘部60b的开口60b₁的中心12相对于MCP10的中心轴AX1沿如上所述规定的偏角方向S3移动而实现。

此外，在本实施方式中，在组装带电粒子检测器1时，为了能够确认以MCP10的偏角θ规定的偏角方向，如图4(b)所示，在MCP10设置有表示偏角方向的标记14。图4(b)是从输入面10a看MCP10的该MCP10的俯视图。在图4(b)的俯视图中，从标记14的前端向该MCP10的中心(中心轴AX1与输入面10a的交点)的方向是偏角方向。另外，在图4(b)中，以斜线表示的区域R是带电粒子能够入射的MCP10的有效区域，在本实施方式中，应用其面积比有效区域R的面积小的PD。

(第一实施方式)

图5是第一实施方式所涉及的带电粒子检测器1A的组装工序图，图6是经过图5表示的组装工序而得到的带电粒子检测器1A的立体图。另外，图6(b)是沿图6(a)中的X1－X1的该带电粒子检测器1A的截面图。此外，图6(b)中表示的轴AX_C1是通过PD80的电子入射面800的中心C1且与该电子入射面800垂直的轴(与MCP10的中心轴AX1平行的轴)。

在该带电粒子检测器1A的组装工序中，沿从MCP10向聚焦电极60的方向(沿MCP10的中心轴AX1的方向)按顺序配置金属帽5、MCP输入侧电极30a(以下，称为MCP－In电极)、具有收纳MCP10的贯通孔20a的垫片20、MCP输出侧电极30b(以下，称为MCP－Out电极)、上侧绝缘环40a、网状电极50、下侧绝缘环40b和聚焦电极60，这些金属帽5、MCP－In电极30a、垫片20、MCP－Out电极30b、上侧绝缘环40a、网状电极50、下侧绝缘环40b分别通过4根树脂螺丝6a～6d而固定在聚焦电极60。再有，沿从聚焦电极60向PD80的方向(沿MCP10的中心轴AX1的方向)按顺序配置4个的垫片65a～65d和搭载有PD80的增值电路基板70，这些垫片65a～65d、增值电路基板70分别通过4根树脂螺丝91a～91d而固定在聚焦电极60。

具体而言，金属帽5是具有用于规定MCP10的有效区域R(参照图4(b))的窗5a的金属盘，以包围窗5a的方式，设置有用于在使树脂螺丝6a～6d贯通的状态下进行保持的4个螺丝孔。

MCP10在收纳于具有盘形状的垫片20的贯通孔20a内的状态下，被MCP－In电极30a和MCP－Out电极30b夹着。此时，MCP－In电极30a与形成于MCP10的输入面10a上的电极13电连接，同样地，MCP－Out电极30b与形成于MCP10的输出面10b上的电极13电连接。此外，MCP－In电极30a具有：用于使MCP10的输入面10a露出的开口30a₁；和供电部30a₂，供电部30a₂用于将该MCP－In电极30a设定为规定电位且与规定电压的供电销92d电连接。再有，MCP－In电极30a以包围开口30a₁的方式设置有用于在使树脂螺丝6a～6d贯通的状态下进行保持的4个螺丝孔。另一方面，MCP－Out电极30b具有：用于使MCP10的输出面10b露出的开口30b₁；和供电部30b2，供电部30b₂用于将该MCP－Out电极30b设定为规定电位且与规定电压的供电销92c电连接。再有，MCP－Out电极30b以包围开口30b₁的方式设置有用于在使树脂螺丝6a～6d贯通的状态下进行保持的4个螺丝孔。

网状电极50具有设置有配置了金属网50a的开口的盘形状，并且具有供电部50b，供电部50b用于将该网状电极50设定为规定电位且与规定电压的供电销92b电连接。另外，网状电极50被上侧绝缘环40a和下侧绝缘环40b夹着，上侧绝缘环40a设置有用于使金属网50a露出的开口40a₁，下侧绝缘环40b设置有用于使金属网50a露出的开口40b₁。此外，上侧绝缘环40a作为用于将MCP－Out电极30b和网状电极50电分离的绝缘垫片进行作用，下侧绝缘环40b作为用于将网状电极50和聚焦电极60电分离的绝缘垫片进行作用。在这些上侧绝缘环40a、下侧绝缘环40b这两者，分别以包围开口40a₁、40b₁的方式设置有4个螺丝孔。

聚焦电极60作为整体具有圆筒形状，将MCP10的中心轴AX1作为轴中心。具体而言，聚焦电极60由中空躯干部60a和凸缘部60b构成，中空躯干部60a具有用于使来自MCP10的输出面10b的二次电子通过的贯通孔60a₁(规定该聚焦电极60的入射侧开口)，凸缘部60b具有用于规定该聚焦电极60的出射侧开口的开口60b₁。凸缘部60b相对于中空躯干部60a以成为相同电位的方式进行接触，并具有供电部60b₂、60b₃，供电部60b₂、60b₃用于将该凸缘部60b设定为规定电位并且分别与规定电压的供电销92a、92c电连接。此外，在中空躯干部60a的入射端侧，以包围贯通孔60a₁的方式设置有树脂螺丝6a～6d用的4个螺丝孔，另一方面，在出射端侧，也以包围贯通孔60a₁的方式设置有树脂螺丝91a～91d用的4个螺丝孔。在凸缘部60b，以包围开口60b₁的方式设置有树脂螺丝91a～91d用的4个螺丝孔。

在凸缘部60b与增值电路基板70之间，配置有由绝缘材料形成的4个垫片65a～65d，在这些垫片65a～65d也设置有用于分别使树脂螺丝91a～91d贯通的螺丝孔。在增值电路基板70，在其主面上搭载有PD80，并且设置有用于向MCP－In电极30a、MCP－Out电极30b、网状电极50、凸缘部60b供给规定电压的4个供电销92a～92d。此外，为了连同中空躯干部60a将这些MCP－Out电极30b、凸缘部60b设定为相同电位，在MCP－Out电极30b的供电部30b₂和凸缘部60b的供电部60b₃，电连接有供电销92c。另外，在增值电路基板70，在与搭载有PD80的面相反侧的面安装用于取出来自PD80的信号的SMA(Sub Miniature type A)连接器，另一方面，制作增值电路90，增值电路90用于分别向供电销92a～92d供给规定的电压。

第一实施方式所涉及的带电粒子检测器1A通过以下设置而得到：将金属帽5、MCP－In电极30a、收纳MCP10的垫片20、MCP－Out电极30b、上侧绝缘环40a、网状电极50和下侧绝缘环40b通过4根树脂螺丝6a～6d而固定在中空躯干部60a(构成聚焦电极60的一部分)的入射端侧，另一方面，将凸缘部60b、4个垫片65a～65d和增值电路基板70通过4根树脂螺丝91a～91d而固定在中空躯干部60a的出射端侧。此外，为了避免供电构造的复杂化，该第一实施方式中，将聚焦电极60设定为与MCP10的输出面10b相同电位，但是，也可以将该聚焦电极60设定为与PD80的电子入射面800相同电位。这样，通过使聚焦电极60的电位与MCP10的输出面10b或者PD80(电子入射面800)的电位一致，能够以更少的电源来驱动该带电粒子检测器。

接着，使用图7～图12，对在如上述那样组装的带电粒子检测器中PD80的偏心配置和凸缘部60b中的开口60b₁的偏心配置进行详细地说明。

首先，图7(a)是表示比较例所涉及的带电粒子检测器中MCP10－PD80间的位置关系的俯视图(从MCP10的输入面10a观察MCP10的俯视图)。该带电粒子检测器经过图5所示的组装工序而得到。另外，图7(b)相当于沿图7(a)中的X2－X2的比较例所涉及的带电粒子检测器的截面图，表示MCP与PD之间的空间中的等电位线和二次电子的轨道。

在该比较例所涉及的带电粒子检测器中，通过设置于MCP10的标记14，可知从该标记14向MCP10的中心的方向是偏角方向。另一方面，以使电子入射面800的中心C1与MCP10的中心一致的方式对PD10进行配置，不考虑由于MCP10的偏角导致的对电子轨道的影响。因此，如图7(b)所示，从MCP10的输出面10b到达基准平面100的二次电子的聚焦点从MCP10的中心轴AX1发生偏离，到达基准平面100的二次电子的一部分没有通过PD80而被接收。

与此相对，在第一实施方式所涉及的带电粒子检测器1A的一个例子中，将PD80相对于MCP10的中心轴AX1偏心配置的情况在图8中进行表示。即，图8(a)是表示经过图5所示的组装工序而得到的、作为该例子的带电粒子检测器1A的一个例子的MCP10－PD80间的位置关系的俯视图(从MCP10的输入面10a观察的MCP10的俯视图)。另外，图8(b)相当于沿图8(a)中的X3－X3的带电粒子检测器1A的截面图，表示MCP10与PD80之间的空间中的等电位线和二次电子的轨道。

在该例子所涉及的带电粒子检测器1A中，通过设置于MCP10的标记14，可知从该标记14向MCP10的中心的方向是偏角方向，PD10被配置于电子入射面800的中心C1由标记14所指示的偏角方向。因此，如图8(b)所示，即使在从MCP10的输出面10b到达基准平面100的二次电子的聚焦点偏离于MCP10的中心轴AX1的情况下，也能够使到达基准平面100的二次电子的大部分高效地被PD80所接收。另外，该结构也能够适用于小型的PD。

接着，对于图8所示的带电粒子检测器1A(将PD80偏心配置的结构)的例子，对更具体的仿真结果进行表示。图9和图10均是将PD80相对于MCP10的中心轴AX1偏心配置的例子，但是图9的例子是构成聚焦电极60的一部分的中空躯干部60a以单一部件构成的带电粒子检测器的例子。特别地，图9(a)表示具有单一部件的中空躯干部60a的带电粒子检测器的具体的截面结构，图9(b)表示图9(a)所示的带电粒子检测器中的二次电子的轨道的仿真结果。另一方面，在图10中，是构成聚焦电极60的一部分的中空躯干部60a由位于MCP10侧的第一躯干部600a(中空部件)和位于PD80侧的第二躯干部600b(中空部件)构成的带电粒子检测器的例子。特别地，图10(a)表示中空躯干部60a由第一躯干部600a和第二躯干部600b构成的带电粒子检测器的具体的截面结构，图10(b)表示图10(a)所示的带电粒子检测器中的二次电子的轨道的仿真结果。

在图9的例子中，如图9(a)所示，MCP10中的有效区域R的直径为10mm。网状电极50的厚度为0.5mm。MCP10与网状电极50的间隔为3mm。聚焦电极60中，中空躯干部60a的内径为22mm，凸缘部60b的开口60b₁的直径为16mm。此外，凸缘部60b的厚度为0.5mm。另外，中空躯干部60a的外周径为34mm。该例子中、PD80的电子入射面800的中心C1(图中，AX_C1是电子入射面800的中心轴)相对于MCP10的中心轴AX1的偏离量是0.9mm(图9(b))。

另一方面，在图10的例子中，聚焦电极60的中空躯干部60a由配置于MCP10侧的第一躯干部600a和配置于PD80侧的第二躯干部600b构成。第一躯干部600a在与凸缘部60b电接触的状态下，被设定为与MCP－Out电极30b相同电位。第二躯干部600b在将PD80搭载于第一躯干部600a的相反侧的状态下，被设定为与该PD80相同电位。

如图10(a)所示，MCP10中的有效区域R的直径是25mm，网状电极50的厚度是0.5mm。MCP10与网状电极50的间隔是3mm。构成聚焦电极60的中空躯干部60a的一部分的第一躯干部600a的内径是50mm，凸缘部60b的开口60b₁的直径是40mm。此外，第一躯干部600a与凸缘部60b相合计的厚度是20.5mm。另外，第二躯干部600b的厚度是27mm，第一和第二躯干部600a、600b的外周径均是70mm。再有，PD80的电子入射面800的中心C1(图中，AX_C1是电子入射面800的中心轴)相对于MCP10的中心轴AX1的偏离量是1.5mm(图10(b))。

(第二实施方式)

图11和图12是对如下结构进行说明的图：作为第二实施方式所涉及的带电粒子检测器的特征性的结构，以使电子入射面800的中心位于MCP10的中心轴AX1上的方式对PD80进行配置的结构中，使聚焦电极60的凸缘部60b中的开口60b₁的中心相对于MCP10的中心轴AX1偏心。此外，除聚焦电极60中的凸缘部60b的结构之外，该第二实施方式所涉及的带电粒子检测器的结构与上述的第一实施方式所涉及的带电粒子检测器1A(图5、图6)相同。

即，图11是用于对作为第二实施方式所涉及的带电粒子检测器的特征性的结构的聚焦电极60中相对于MCP10的中心轴AX1而使开口60b₁的中心偏心的凸缘部60b的结构进行说明的图。通常，凸缘部60b的开口60b₁如图11(a)所表示，在对该带电粒子检测器进行组装时，形成为使MCP10的中心轴AX1与开口60b₁的中心12一致。但是，在该第二实施方式中，如图11(b)所示，相对于MCP10的中心轴AX1而使开口60b₁的中心12向由MCP10的标记14指示的偏角方向偏心。

在上述的结构中，图12(a)表示MCP10－PD80间的位置关系，图12(b)表示MCP10与PD80之间的空间中的等电位线和二次电子的轨道。此外，图12(a)是从MCP10的输入面10a侧观察的MCP10的俯视图，图12(b)相当于沿图12(a)中的X4－X4的该带电粒子检测器的截面图。从图12(b)可知，该第二实施方式所涉及的带电粒子检测器中，凸缘部60b的一侧(图12(b)中的左侧)仅以长度D1伸出于中空躯干部60a的贯通孔60a₁，与此相对，凸缘部60b的另一侧(图12(b)中的右侧)为仅以长度D2(＞D1)伸出的结构，其结果，实现了如下状态：开口60b1的中心12相对于MCP10的中心轴AX1向由MCP10的标记14所指示的偏角方向偏心。

即，如图12(b)所示，从MCP10的输出面10b出射的二次电子的轨道一旦受到MCP10的偏角的影响而向偏角方向大幅地偏心，但是，通过凸缘部60b的开口60b₁，以使二次电子的聚焦点的位置接近MCP10的中心轴AX1侧的方式进行调节。

(第三实施方式)

图13是用于对第三实施方式所涉及的带电粒子检测器的截面结构进行说明的图，该第三实施方式所涉及的带电粒子检测器1B除了聚焦电极60和增值电路基板70的连接结构，具有与上述的第一实施方式所涉及的带电粒子检测器1A相同的结构。即，该第三实施方式所涉及的带电粒子检测器1B以固定于质量分析装置等的真空腔室的状况下提高维护作业为目的，具有仅能够容易地更换PD80的结构。此外，图13(a)是表示安装于真空腔室200的开口210的该第三实施方式所涉及的带电粒子检测器1B的结构的截面图。图13(b)是表示从真空腔室200仅取出搭载有PD80的增值电路基板70的状态的截面图。另外，图13(a)和图13(b)对应于沿图6(a)的X5－X5的截面图，图中的轴AX_C1是通过PD80的电子入射面800的中心C1并与该电子入射面800垂直的轴(与MCP10的中心轴AX1平行的轴)。

一般而言，带电粒子检测器的增益劣化(寿命终止)的原因主要是PD80的电子打击增益的低下。通过该带电粒子检测器1B检测离子时，照射到PD80的电子使非晶碳在该PD80上堆积。因此，由寿命终止的MCP10和PD80的组合构成时，通过仅更换PD80，能够恢复增益。

如图13(a)所示，该带电粒子检测器1B中包含MCP10和聚焦电极60的装置上段在插入到真空腔室200的开口210的状态下，通过4根树脂螺丝(图13(a)中仅表示有2根树脂螺丝91b、91d)而固定于树脂凸缘(绝缘凸缘)300，树脂凸缘(绝缘凸缘)300以包围该开口210的方式设置于该真空腔室200的外侧。再有，包含搭载有PD80的增值电路基板70的装置上段通过4根树脂螺丝(图中，仅表示有93b、93d)从真空腔室200的外侧固定于树脂凸缘300。此外，在增值电路基板70，安装有用于驱动该带电粒子检测器1B的供电销92a～92d或用于输出信号的SMA连接器95，它们起到真空凸缘的作用。

根据上述的结构，装置上段位于真空腔室200的内侧(真空侧)，装置下段位于真空腔室200的外侧(大气侧)。此外，为了维持真空腔室200内的气密性，在真空腔室200与树脂凸缘300的接触部分安装有密闭用的O型环350。另外，出于相同的理由，在树脂凸缘300与增值电路基板70之间也安装有O型环350。

在从如上所述该带电粒子检测器1B安装于真空腔室200的开口210的状态(图13(a))更换PD80时，如图13(b)所示，通过从树脂凸缘300将树脂螺丝93b、93d取下，能够使搭载有PD80的增值电路基板70从真空腔室200分离。分离后，以与上述的分离作业相反的顺序，即，替代取下的增值电路基板70，而将搭载有能够正常动作的PD80的其他的增值电路板通过树脂螺丝93b、93d安装于树脂凸缘300。

根据以上的本发明的说明，可知能够得到本发明的各种变形。这样的变形不能认为是超出本发明的思想和范围的内容，对于所有的本领域技术人员来说不言自明的改进包含于权利要求的范围。

符号的说明

1、1A、1B…带电粒子检测器、10…MCP(微通道板)、12…贯通孔、121…二次电子放出面、30a…MCP输入侧电极(MCP－In)、30b…MCP输出侧电极(MCP－Out)、50…网状电极、60…聚焦电极、60a…中空躯干部、600a…第一躯干部、600b…第二躯干部、60b…凸缘部、60b₁…开口、80…PD(电子冲击型二极管)、800…电子入射面、70…增值电路基板(基板)。

Claims

1.一种带电粒子检测器，其特征在于，

包括：

微通道板，其具有：入射带电粒子的输入面；出射二次电子的输出面；和多个贯通孔，分别连接所述输入面和所述输出面并且在其内壁上具有二次电子放出面，并且以各自的中心轴至少相对于所述输出面仅倾斜以锐角规定的偏角的方式配置；

电子冲击型二极管，其以面对所述微通道板的方式配置，具有其面积比所述微通道板的有效区域的面积小的电子入射面；和

聚焦电极，其设置于所述微通道板与所述电子冲击型二极管之间，具有连续地包围从所述微通道板朝向所述电子冲击型二极管的二次电子的轨道的形状，

在与所述电子入射面一致的基准平面上，在将从基准轴和所述基准平面的交点朝向基准贯通孔的中心轴和所述基准平面的交点的方向规定为偏角方向时，相对于所述微通道板的中心轴与所述基准平面的交点，以所述电子入射面的中心沿所述偏角方向仅偏离规定距离的方式，所述电子冲击型二极管被偏心配置，其中，所述基准轴通过自所述多个贯通孔选择的所述基准贯通孔的开口中与所述输出面一致的开口的中心并且与所述输出面正交，所述微通道板的中心轴是通过所述有效区域的中心并且与所述输出面正交的轴。

2.一种带电粒子检测器，其特征在于，

包括：

聚焦电极，其设置于所述微通道板与所述电子冲击型二极管之间，具有：位于所述微通道板侧的第一开口；位于所述电子冲击型二极管侧的第二开口；和连续地包围从所述微通道板朝向所述电子冲击型二极管的二次电子的轨道的形状，

在与所述电子入射面一致的基准平面上，在将从基准轴和所述基准平面的交点朝向基准贯通孔的中心轴和所述基准平面的交点的方向规定为偏角方向时，相对于所述微通道板的中心轴与所述基准平面的交点，以所述第二开口的中心沿所述偏角方向仅偏离规定距离的方式，所述聚焦电极被偏心配置，其中，所述基准轴通过自所述多个贯通孔选择的所述基准贯通孔的开口中与所述输出面一致的开口的中心并且与所述输出面正交，所述微通道板的中心轴是通过所述有效区域的中心并且与所述输出面正交的轴。

3.如权利要求1或2所述的带电粒子检测器，其特征在于，

所述聚焦电极被设定为与所述微通道板的所述输出面相同电位。

4.如权利要求1或2所述的带电粒子检测器，其特征在于，

所述聚焦电极被设定为与所述电子冲击型二极管的所述电子入射面相同电位。

5.如权利要求1或2所述的带电粒子检测器，其特征在于，

还包括设置于所述微通道板与所述聚焦电极之间的网状电极。

6.如权利要求1或2所述的带电粒子检测器，其特征在于，

所述电子冲击型二极管中的所述电子入射面的最大宽度为3mm以下。

7.如权利要求1或2所述的带电粒子检测器，其特征在于，

从所述微通道板的所述输出面到达所述电子冲击型二极管的所述电子入射面的所述二次电子的点直径为1mm以下。

8.如权利要求1所述的带电粒子检测器，其特征在于，

所述聚焦电极具有位于所述微通道板侧的第一开口和位于所述电子冲击型二极管侧的第二开口。

9.如权利要求2或8所述的带电粒子检测器，其特征在于，

所述聚焦电极由躯干部和凸缘部件构成，所述躯干部连续地包围从所述微通道板朝向所述电子冲击型二极管的二次电子的轨道，所述凸缘部件用于规定所述第二开口的中心位置和大小。

10.如权利要求9所述的带电粒子检测器，其特征在于，

所述躯干部由从所述微通道板朝向所述电子冲击型二极管依次配置的多个中空部件构成。

11.如权利要求1或2所述的带电粒子检测器，其特征在于，

还包括：

基板，在其主面上搭载有所述电子冲击型二极管；和

树脂凸缘，其具有用于使从所述微通道板朝向所述电子冲击型二极管的二次电子通过的开口，并且配置于所述聚焦电极与所述基板之间。