JP2011086403A - コンバージョン型イオン検出ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】イオンを電子に変換し、該変換された電子を増幅する機構を有するイオン検出ユニットにおいて、迷光に起因するノイズを低減可能なコンバージョン型イオン検出ユニットを提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るイオン検出ユニット１０１は、該イオン検出ユニット１０１内にイオン束１０７を入射させるための開口としてのアパーチャ１１３ａと、該アパーチャ１１３ａから入射されたイオン束を電子に変換するコンバージョン電極１０３と、該変換された電子１０９を増幅する２次電子増倍管１０２とを備えている。さらに、コンバージョン電極１０３のイオンが照射される面積は、アパーチャ１１３ａの面積の同等以下である。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、質量分析装置においてイオン、特に質量数の大きなイオンを高いS/N(シグナル/ノイズ比)で検出するコンバージョン型イオン検出ユニットに関するものである。

混合試料を構成する各成分を質量の違いにより定性・定量する分析装置である質量分析装置は、質量ごとに分別されたイオンを検出するイオン検出ユニットを備えている。該ユニットは、板形状のコンバージョン電極、例えば15段程度の2次電子増倍電極(Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ；SEM、以降SEMとも呼ぶ)、およびコレクタなどを備えている。（広義の）SEMには多くの種類があり、非特許文献１における図3（3.2章）の（狭義の）SEM、および図6（3.4章）のコンバージョンダイノード+SEM/CEN（コンバージョン型イオン検出ユニットとも呼ぶ）の二つが一般的である。特に、後者のコンバージョン型イオン検出ユニットは、質量数の大きなイオンに対して感度劣化が少ないことが特長となり、高性能な質量分析装置にとってより重要となっている。

上記コンバージョン型イオン検出ユニットにおいては、質量分別されたイオンがコンバージョン電極（電子イオン変換電極）にほぼ垂直に衝突する。その際、コンバージョン電極に-10kVが印加されていれば衝突エネルギーはほぼ10keVとなり、このエネルギーによりコンバージョン電極の表面から電子が発生し、イオン/電子変換が行なわれる。この収率(効率)は0.5程度であり、高質量のイオンでも収率の低下が比較的少ない。コンバージョン電極への印加電圧は-6kV〜-20kVの範囲で選ぶ場合もあるが、-6kV以下では十分な変換効率が得られず、-20kV以上では変換効率の向上は飽和気味になるとともにアース電位である周辺電極との放電の問題が急増することが知られている。なお、イオンとしては正（陽）イオン、負（陰）イオンの両方に適用可能であるが、正イオンが一般的なので以下すべて正イオンとして説明する。

コンバージョン電極から発生した電子は通常-2kV程度の電圧が印加されているSEMの初段電極に入射すると、初段電極は２次電子を増幅して放出する。SEMを構成する各電極には初段電極から最終段電極まで100〜200V程度の電位差で順に電圧が印加されており、各電極にて電子の増幅が行われる。通常、最終電極はアース電位（０Ｖ）とするので、各電極に印加された電圧の合計が初段電極に印加する電圧と等しくなる。また、経時変化によって各電極の表面が劣化して全体の増幅率が低下してくるので、最初（新品）では初段電極の電圧は-1kV程度でよいが最終的（交換前）には-3kVまで大きくする必要がある。したがって、初段電極の電圧は平均としては-2kV程度であるが、可変範囲としては-1〜-3kVとなっている。なお、-1kV以上では十分な増幅率が得られず、-3kV以下では変換効率の向上は飽和気味となるとともに各電極間での放電の問題が急増することが知られている。すなわち、コンバージョン電極には-6kV〜-20kV、SEMの初段電極には-1kV〜-3kVが印加される。したがって、コンバージョン型イオン検出ユニットを特徴づけるものは、コンバージョン電極と２次電子増倍管が独立して設置され、コンバージョン電極に印加する電圧が２次電子増倍管に印加する電圧の２倍以上であることとなる。
これらの電極は、アース電位であるケースに囲まれており、該ケースには初段電極に電子が入射するための開口が設けられている。

しかしながら、コンバージョン電極には検出して信号とするべき本来のイオンのみでなくノイズの原因となる光も到来する。コンバージョン電極では光もイオン同様に電子に変換される（光電効果によって光電子が発生する)ので、該光により生じた電子もSEMでシグナルと同じように増幅されてノイズとなる。また、SEMの初段電極に直接光が到来しても同じようにノイズとなる。印加電圧を増加し電子増幅率を高くしても、これらのノイズも増加するので信号（シグナル）とノイズの割合、すなわちS/Nは改善されない。質量分析装置では９桁（ppb）程度の濃度差を持つ混合試料を分析する必要があるため、S/Nも９桁程度の値が求められ、如何にノイズを抑えるかがその性能を決定付ける重要な要素となる。

質量分別をするにあたっては、まず測定する成分である中性分子をイオン化する必要がある。代表的なイオン化法は電子イオン化であり、イオン源のフィラメントから発生させた熱電子を用いて中性分子にエネルギーを与えて外殻電子を除去しイオン化する(電子イオン化の他にも、プラズマや電界などを用いる数多くの方法がある)。しかし、この過程でイオン化までには到らず励起されただけの分子も多く発生し、これらはしばらくして数〜十数eVのエネルギーを持つ真空紫外光を放出して安定化する。この真空紫外光は電荷を持たないために質量分別機能では分別されずにコンバージョン電極に到来するのである。

また、中性分子をイオン化させなかった熱電子が高速で電極に衝突すると、該電極からもノイズの原因となる光が放出される可能性が知られている。さらに、質量分析計として最も代表的な四重極質量分析計においては、マイナスの高電圧が印加された四重極電極にイオンが衝突することにより、真空紫外光よりもエネルギーの高い軟X線が発生する。

このようにして発生した真空紫外光と軟X線とは、質量分析装置にとってノイズの原因となるので“迷光”と呼ばれている。迷光は質量分析装置のS/Nを低下させることでその基本的性能を大きく低下させるため、SEMとしてはイオンのみを電子に変換し、迷光をできるだけ電子に変換しないようにする工夫が特許文献１〜６に記載されているが、必ずしも充分ではない。

特開平５−２１７５４７号公報 特開平５−３２５８８８号公報 特開平１０−１８８８７８号公報 特開２００１−３５１５６５号公報 特開２００２−３２９４７４号公報 特開２００７−２５８１７９号公報

大村 孝幸、山口 晴久、「質量分析計の検出器−二次電子増倍管」J.Vac.Soc.Jpn. (真空) Vol.50、No.4, p.258-263 (2007)

イオンの検出装置であるイオン検出ユニットが迷光をノイズとして検出しないようにするため、従来では以下のような工夫がなされている。
図１５Ａは、従来の質量分析装置の全体を示す模式図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示す質量分析装置のイオン検出ユニット（コンバージョン型イオン検出ユニット）付近の拡大図である。また、図１５Ｃと図１５Ｄは、迷光によるノイズ発生メカニズムの説明図である。

図１５Ａにおいて、真空容器１ａ内に配置された質量分析装置１は、イオン源２、質量分別機構３、およびイオン検出ユニット４を備えている。
イオン源２は、フィラメント５を有し、該フィラメントにより発生した熱電子６を用いて測定対象の分子を含む中性分子をイオン化し、該生成されたイオンを質量分別機構３へと導入する。

質量分析機構３は、４本の円柱状電極からなる四重極電極７を有している。四重極電極７のうち対向する電極セットを電気的に結合し、それぞれの電極セットに直流電圧と高周波交流電圧とを印加することにより、各電圧、周波数等に応じた質量数を有するイオンのみを、四重極電極７の長軸方向に通過させるようにしている。また、質量分析機構３の出口部分には、四重極出口電極としての、アパーチャ８２が形成された質量アパーチャ板８が配置されている。質量アパーチャ板８は、所定の電位に設定されるが、通常グランド電位（アース電位、０Ｖ）となっている。

イオン検出ユニット４は、コンバージョン電極１０と、２次電子増倍管（ＳＥＭ）１１とを有している。図１５Ａにおいて、２次電子増倍管１１は、複数の電極、およびコレクタ１２を有している。上記コンバージョン電極１０には−１０ｋＶの電位が印加されている。また、２次電子増倍管１１の初段電極には−２ｋＶの電位が印加されている。

このような構成において、イオン源２にて発生したイオンが質量分別機構３に入射されると、所定の質量数を有するイオン１３が質量分別機構３を通過し、該イオン１３が質量アパーチャ板８を経てイオン検出ユニット４に入射される。イオン検出ユニット４に入射したイオン１３は、コンバージョン電極１０による強い引き込み電界によってコンバージョン電極１０側へとその軌道を変化させる。コンバージョン電極１０にイオン１３が１０ｋeＶのエネルギーで衝突すると、該コンバージョン電極１０にてイオン/電子変換により電子１５（本来の信号となる有効電子：イオンから変換された電子）が発生する。マイナス極性に変わった該電子１５は該コンバージョン電極１０から押し出されて２次電子増倍管１１の初段電極に８ｋeＶのエネルギーで衝突し、該電極にて発生した２次電子が後段の電極にて順次増幅されてコレクタ１２に入射する。コレクタ１２では入射された２次電子に応じた信号１４を出力する。

このような質量分析の際には、上述のようにイオン源２から質量分別機構３にはイオンの他に真空紫外光といった迷光１６が入射することがある。

上述のように質量アパーチャ板８の電位は通常グランド電位(アース電位:0V)であり、イオン検出ユニット４はこの質量アパーチャ板８のアパーチャ８２から射出したイオンを検出する。イオンの検出だけを考えればイオン検出ユニット４におけるイオン／電子変換を行うコンバージョン電極１０は質量アパーチャ板８のアパーチャ８２と同じ軸上に位置するのが効率的ではあるが、それではコンバージョン電極１０は迷光１６をまともに受けてしてしまう。そこで、図１５Ａ，１５Ｂに示すように、コンバージョン電極１０を上記アパーチャ８２から外した位置に設置する。すなわち、コンバージョン電極１０の電界によりイオン１３の軌道のみを曲げることにより、コンバージョン電極１０にてイオンをあまり損失無く検出することができる一方で、迷光１６がコンバージョン電極１０に直接照射しない構造になっている。この構造はOff-Axis構造として広く普及している。

迷光１６が２次電子増倍管１１に直接照射しても光電効果によって電子を放出しノイズとなるので、当然ながら２次電子増倍管１１もOff-Axis構造となっている。しかし、コンバージョン電極１０と２次電子増倍管１１とは電位差が大きいので距離を取る必要があることから、従来では両者は質量アパーチャ板８を間にして上下(左右)に分かれて設置されている。

このようにOff-Axis構造を採用することで迷光１６の影響を低減することができるが、該迷光１６が周辺の電極や壁で反射して生じる迷光（以下、反射迷光と呼ぶ）１７が生じることがある。従来、この反射迷光１７はその存在が否定されていた訳ではないが、ノイズ発生への影響については軽視、あるいはほとんど無視されていた。しかし、本願発明者はこの反射迷光１７の影響について詳しく検討し、従来例では電気ノイズなどの他原因によるノイズよりも反射迷光１７によるノイズの方が支配的となっているケースが多いことを見出し、その解決法を検討・創案した。

以下、反射迷光１７の影響について詳しく説明する。まず、図１５Ａに示されているようにイオン検出ユニットは必ずハウジング２０などによって囲まれているので、最終的にはコンバージョン電極１０に反射迷光１７が入射する。しかも、反射迷光１７の元となっている真空紫外光や軟X線の反射率は20〜30%なので、数回反射した程度では1/100程度に減衰するだけである。すなわち、反射による減衰はあまり期待できない。さらに、四重極電極７や質量アパーチャ板８でも迷光が反射されるので、質量アパーチャ板８から斜め方向に射出される反射迷光１７も存在する。いずれにしろ質量分析装置としては９桁ものS/Nが求められるので、上記Off-Axis構造は直進する迷光１６には有効であってもこのような反射迷光１７には十分有効にはなっていない。

しかも従来では反射迷光１７の影響についての認識が弱いので、イオン１３の衝突効率や電極の固定などの理由から、コンバージョン電極１０はその面積は大きく、しかも板状となっている。衝突効率とは、アパーチャ８２から射出したイオン１３がコンバージョン電極１０に捕集されて衝突する効率であり、これを出来るだけ高くする（コンバージョン電極１０に衝突せずに無駄となってしまうイオン１３を発生させない）ためにコンバージョン電極１０は板状で面積を大きくしているのである。実際、従来例ではコンバージョン電極１０の面積は、イオン１３が射出する質量アパーチャ板８のアパーチャ８２の数倍から１０倍以上にもなっている。

しかしながら、コンバージョン電極１０の面積が増加すると、コンバージョン電極１０に照射される反射迷光１７の量も増加し、コンバージョン電極１０において反射迷光１７により発生する光電子１５１も増加する。その光電子１５１は本来のイオン１３から変換された電子１５と同じ動きをして２次電子増倍管１１で増幅されノイズとなってしまう。そのためコンバージョン電極１０の面積の増加はS/Nの改善にならないだけでなく、多くの場合逆にS/Nの劣化を引き起こしている。ここで、イオン１３はコンバージョン電極１０の強い電界によってコンバージョン電極１０の中心部に集束されているが迷光１６は電界には無関係で全く集束されていない。従って、コンバージョン電極１０を大きくした場合、イオン１３よりも反射迷光１７の方がコンバージョン電極１０への照射量増加率は大きくなる。よって、コンバージョン電極１０の面積を増加することは、むしろＳ/Ｎを劣化する原因となるのである。さらに、コンバージョン電極１０の中心から離れた所で発生した光電子１５１も質量アパーチャ板８で軟Ｘ線１７１に変換されて２次電子増倍管１１の初段電極に入るルートもある。これらの状況が図１５Ｃ、Ｄに示されている。
なお、図１５Ｄにおいて、符号Ｄ１は、２次電子増倍管１１の初段電極であり、符号Ｄ２は、初段電極Ｄ２の次段に設けられている電極であり、符号Ｄ３は、電極Ｄ２の次段に設けられている電極である。

以上は、反射迷光１７がコンバージョン電極１０に照射される場合であったが、この他に反射迷光１７が２次電子増倍管１１の初段電極に照射されてもノイズとなる。したがって、上記で示したコンバージョン電極１０の面積とノイズとの関係が、そのまま２次電子増倍管１１の初段電極の面積とノイズとの関係となる。

これら反射迷光によるノイズの問題は、最新の質量分析装置にとってはS/Nの改善を阻む大きな問題になっており、さらに迷光の影響を減らすことが求められていた。すなわち、コンバージョン型イオン検出ユニットに入射された迷光１６については、上述のOff-Axis構造等により、コンバージョン電極および２次電子増倍管の初段電極への入射を抑制することができる。しかしながら、コンバージョン型イオン検出ユニット内にて発生した反射迷光１７について従来は意識されておらず、十分な対策がなされていなかった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、イオンを電子に変換し、該変換された電子を増幅する機構を有するイオン検出ユニットにおいて、迷光に起因するノイズを低減可能なコンバージョン型イオン検出ユニットを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、イオン検出ユニットであって、前記イオン検出ユニット内にイオンを入射させるための第１の開口と、前記第１の開口から入射されたイオンを電子に変換するコンバージョン電極と、前記コンバージョン電極にて変換された前記電子を増幅する２次電子増倍管とを備え、前記コンバージョン電極の前記イオンが照射される面積が、前記第１の開口の面積の同等以下であることを特徴とする。

本発明によれば、イオンを電子に変換するイオン/電子変換電極としてのコンバージョン電極を有するコンバージョン型イオン検出ユニットにおいて、該イオン/電子変換電極に入射する迷光を低減することができ、Ｓ/Ｎ比の向上を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 図２Ａに示したコンバージョン型イオン検出ユニットの集束レンズを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 図４Ａに示したコンバージョン型イオン検出ユニットのコンバージョン電極の詳細図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 図５Ａに示したコンバージョン型イオン検出ユニットの集束レンズを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 図６Ａに示したコンバージョン型イオン検出ユニットの集束レンズを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 図７Ａに示したコンバージョン型イオン検出ユニットのイオン入射口付近を囲むケースを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ′線断面図である。 従来の質量分析装置の全体を示す模式図である。 図１５Ａに示す質量分析装置のコンバージョン型イオン検出ユニット付近の拡大図である。 従来の質量分析装置における、迷光によるノイズ発生メカニズムの説明図である。 従来の質量分析装置における、迷光によるノイズ発生メカニズムの説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

本発明の実施形態は、限定ではないが主に３つのグループに分類される。第一のグループは反射迷光がコンバージョン電極１０を照射して発生するノイズを低減するものであり、その全体配置から＜軸対向型＞と名付けることが出来、第１から第３の実施形態がこれに属する。第二のグループは反射迷光が２次電子増倍管１１を照射して発生するノイズを低減するものであり、＜同列型＞と名付けることが出来、第４から第７の実施形態がこれに属する。第三のグループは反射迷光の反射・回り込みを低減して、コンバージョン電極１０と２次電子増倍管１１の両方によるノイズを低減するものであり、＜密閉ケース付き＞と名付けることが出来、第８から第１４の実施形態がこれに属する。

＜軸対向型＞
（第１の実施形態）
図１Ａは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出（質量分析）ユニットを示した図であり、図１Ｂは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットの変形例を示した図である。
図１Ａにおいて、四重極電極１１２、および質量分別機構の出口電極としての、アパーチャ１１３ａが形成された質量アパーチャ板１１３を有する質量分別機構１１１の後段に、コンバージョン型イオン検出ユニット１０１が設けられている。また、イオン検出ユニット１０１は、図１５Ａのハウジング２０のようなハウジング（不図示）によって囲まれている。なお、上記質量アパーチャ板１１３に形成されたアパーチャ１１３ａを介して所定のイオンがイオン検出ユニット１０１内に入射（導入）されるので、上記アパーチャ１１３ａが、イオン検出ユニット１０１にイオンを入射させるための入射口となる。

イオン検出ユニット１０１は、イオンを電子に変換するコンバージョン電極１０３と、１６段の電極を有する２次電子増倍管１０２と、２次電子増倍管から出力された電子を検出するコレクタ１１４と、２次電子増倍管１０２およびコレクタ１１４とを囲むケース１０４とを備えている。本実施形態では、コンバージョン電極１０３は板状電極である。該ケース１０４には、コンバージョン電極１０３から発生した電子１０９が２次電子増倍管１０２の初段電極Ｄ１に入射するように、開口部１０４ａが設けられている。

本実施形態では、２次電子増倍管１０２は、該２次電子増倍管の初段に配置された初段電極Ｄ１、該初段電極Ｄ１の次段に配置された電極Ｄ２、・・・最終段に配置された電極Ｄ１６を有している。なお、図１Ａにおいては、図面を見やすくするために、電極Ｄ３〜Ｄ１５の表記を省略している。すなわち、２次電子増倍管１０１においては、初段電極Ｄ１と二段目に配置された電極Ｄ２とは対向して配置され、ｋ番目の電極Ｄｋ（ｋは、２以上の整数）は、その前段の電極ｋ−１番目の電極Ｄｋ-１とその後段の電極ｋ＋１番目の電極Ｄｋ＋１に対して対向して配置されている。

このような構成において、電極Ｄ１〜Ｄ１６の各々は、初段電極Ｄ１に電子１０９が衝突することにより生じた電子が後段の電極Ｄ２に入射して該電極Ｄ２にて増幅された２次電子を発生させ、該増幅された２次電子を後段の電極（Ｄ３〜Ｄ１６）に順次入射させて更なる増幅が行われるように配置されている。これら電極Ｄ１〜Ｄ２６には、上記増幅が行われるような電圧、例えば、前段の電極と後段の電極との間に電位差が１００Vとなるような電圧が印加されている。すなわち、図１Ａに示すように、電極Ｄ１には−２．０ｋＶの電位が印加され、電極Ｄ２には−１．９ｋＶの電位が印加され、電極Ｄ３には−１．８ｋＶの電位が印加され、電極Ｄ４には−１．７ｋＶの電位が印加されている。電極Ｄ４〜Ｄ１６についても、同様に電圧が印加されている。

このように、二次電子増倍管１０２が有する複数の電極の初段に位置する電極（初段電極Ｄ１）は、コンバージョン電極１０３から入射された電子１０９により生じた２次電子を後段の２段目の電極（Ｄ２）に出射し、かつ２段目以降の各々は、前段の電極から入射された２次電子を増幅して後段の電極に出射するように、電極Ｄ１〜Ｄ１６が構成されている。

このような構成において、質量分析機構１１１からアパーチャ１１３ａを介して導入されたイオン束１０７について、コンバージョン電極１０３に印加された-10ｋVの電位による電界の作用によりその軌道がコンバージョン電極１０３側へと変化する。イオン束１０７がコンバージョン電極１０３に入射すると、イオン/電子変換によりコンバージョン電極１０３にて電子１０９が発生する。マイナス極性に変わった該電子１０９は、該コンバージョン電極１０３から押し出され、開口部１０４ａを介して-2ｋVの電位となっている２次電子増倍管１０１の初段電極Ｄ１に８ｋeＶのエネルギーで衝突し、該電極にて発生した２次電子１０９が後段の電極Ｄ２〜Ｄ１６にて順次増幅されてコレクタ１２に入射する。コレクタ１２では入射された２次電子に応じた信号１１５を出力する。

本実施形態でのコンバージョン電極１０３は、従来のコンバージョン電極、例えば図１５Ａに記載のコンバージョン電極１０に比べるとその面積が大幅に縮小されており、アパーチャ１１３ａとほぼ同じ面積となっている。なお、図１Ｂの変形例においては、コンバージョン電極１０３自身の面積は従来と同じであるが、コンバージョン電極１０３を囲むケース８００の開口８０１の面積は小さくなっている。いずれにしろコンバージョン電極においてイオン束１０７が照射される面積が重要なのであって、その面積が従来のコンバージョン電極と比べると大幅に縮小されている。

本実施形態では、コンバージョン電極１０３の面積は小さくなっているので、アパーチャ１１３ａから射出したイオン束１０７がコンバージョン電極１０３に捕集され衝突する効率（衝突確率）は低下すると懸念されるかも知れないが、実際には衝突確率はほとんど低下しない。これは、コンバージョン電極１０３の周辺はグランド電位（0V）であり、その中でコンバージョン電極１０３だけにマイナスの高電位が印加されているためである。すなわち、イオン束１０７はコンバージョン電極１０３による電界に引き付けられるとともに、周辺のグランド電位によるコンバージョン電極１０３に向けた斥力によって、イオン束１０７はコンバージョン電極１０３に集束しながら衝突するからである。

このように本実施形態では、コンバージョン電極１０３へのイオン束１０７の衝突確率はほとんど低下しないが、反射迷光１０８（イオン検出ユニット１０１外から入射した迷光１１６等によりイオン検出ユニット１０１内で発生した迷光）のコンバージョン電極１０３への照射量は大幅に低減する。

その理由の１つは、反射迷光１０８は、電荷を持っていないため電界による引き込み効果や集束効果が全くないことである。すなわち、コンバージョン電極１０３に入射させたいイオン束１０７については、上述のようにコンバージョン電極１０３からの電界により引き付けられるので、コンバージョン電極の面積が小さくなっても、イオンのコンバージョン電極１０３への照射量の低減を極力抑えることができる。これに対して、コンバージョン電極に入射させたくない反射迷光１０８は、コンバージョン電極１０３からの電界に引き込まれることは無い。従って、コンバージョン電極１０３の面積を小さくする程、コンバージョン電極１０３において反射迷光１０８が照射される面積が小さくなるので、コンバージョン電極１０３にて反射迷光１０８から変換される電子数を低減することができる。

また、上記大幅な低減の他の理由は、反射迷光１０８は、もともとイオン検出ユニット１０１内の各所で散乱、反射されたものであるため比較的一様な強度分布となっていることである。すなわち、散乱源、反射源にて生じた反射迷光１０８は、コンバージョン電極１０３に向かって散乱、反射されるわけでは無いので、コンバージョン電極１０３に関係無く比較的一様にイオン検出ユニット１０１内に存在することになる。よって、コンバージョン電極１０３の面積を小さくすれば、その面積を小さくした分だけコンバージョン電極１０３へ入射する反射迷光１０８の量を低減することができる。

したがって、本実施形態では、反射迷光１０８によるコンバージョン電極１０３でのノイズ発生を低減しながら、本来の信号量を維持することが出来るので、S/Nの改善が実現できる。

本発明では、上述のように、従来ではほとんど意識されていなかった反射迷光１０８に着目し、該反射迷光１０８によるノイズを低減するために、コンバージョン電極１０３の、イオンが照射される面積（イオン照射面積）を小さくすることを特徴としている。

従来では、コンバージョン電極へのイオンの入射効率、およびコンバージョン電極の設置の容易さ考慮すると、コンバージョン電極の面積を大きくしていた。
また、通常用いられるイオン検出ユニットが備える２次電子増倍管は、そのサイズが大きく、またコンバージョン電極に比べてもそのサイズが非常に大きい。従って、イオン検出ユニットのサイズにおいては２次電子増倍管のサイズが支配的であり、例えコンバージョン電極のサイズを小さくしてもイオン検出ユニットの大きさにはほとんど影響しない。従って、イオン検出ユニットの小型化を図る場合にコンバージョン電極を小さくしても、実際にはイオン検出ユニットのサイズは小さくはならない。しかしながら、コンバージョン電極を大きくすると、イオン検出ユニットのサイズはほとんど変わらないという状況の中、上述のようにイオンの入射効率を維持でき、さらにはコンバージョン電極の取り付けが容易になる。このように、コンバージョン電極のサイズがイオン検出ユニットのサイズにはほとんど影響せず、コンバージョン電極のサイズが大きい方がイオンの入射効率や設置を考慮すると有利であるので、従来では、コンバージョン電極を大きくしようとするモチベーションは存在するが、コンバージョン電極を小さくしようとするモチベーションは存在しなかった。

これに対して、本実施形態では、信号となるイオン束１０７についてはコンバージョン電極１０３へと高効率で入射させ、ノイズの原因となる反射迷光１０８についてはコンバージョン電極１０３に対する入射を抑えることを本質としている。このために、本実施形態では、コンバージョン電極１０３のイオン照射面積を小さくしている。その一例として、図１Ａに示すように、従来のコンバージョン電極の大きさ決定の指針とは逆方向である、コンバージョン電極１０３のサイズの縮小化を行っている。また、他の例として、図１Ｂに示すように、ケースの開口８０１の面積を、コンバージョン電極１０３の面積よりも小さくする。

すなわち、本実施形態では、従来ではノイズ要因としてほとんど意識されていなかった反射迷光１０８に着目し、コンバージョン電極１０３における、該反射迷光１０８から電子１０９への変換を抑制するために、コンバージョン電極１０３のイオン照射面積を小さくしている。そして、その特徴的な構成を実現するための一例として、従来の指針とは逆方向である、コンバージョン電極１０３のサイズを小さくする指針を採用している。

ただし、アパーチャ１１３ａから入射されるイオン束１０７をコンバージョン電極１０３へと高効率で入射させることを考慮すると、コンバージョン電極１０３のイオン照射面積をアパーチャ１１３ａの面積と少なくとも同等にする必要がある。何故ならば、コンバージョン電極１０３のイオン照射面積をアパーチャ１１３ａの面積よりも小さくすると、収差を考慮すると、アパーチャ１１３ａを通過したイオン束１０７をコンバージョン電極１０３に集束させることは困難だからである。

困難な理由を説明する。一般に、イオン束の初速度が揃っており（スタート点でのイオンの進む方向とエネルギーが同じであり）、イオン束の進行する軸上に軸対象のイオンレンズが設置されていれば、イオン束をスタート時点の直径よりも小さくフォーカスすることは容易である。これはイオン束が含む収差（ひずみ）が少ないので、イオンレンズによる縮小率にほぼ比例して投射される像を小さくすることが出来るからである。しかしながら、質量分別されてアパーチャ１１３ａを通過したイオン束１０７は初速度に大きな幅を持っていること、イオン束１０７は進行方向と直角に曲げられること、軸対象なイオンレンズは無いこと（特別に用意されたイオンレンズは無く、周辺電極との電位差からレンズ作用を得ている）から、コンバージョン電極１０３に到達するイオン束１０７には大きな収差が存在する。このような収差は、縮小率１（投射像の大きさは最初と同じ）まではほとんど影響を与えない（縮小率によって決まる直径に対して無視される）が、縮小率が１以上（投射像は最初よりも小）になると顕在化し支配的となる。すなわち、イオン束をスタート時点の直径よりも小さくフォーカスしようとすると、イオン束の直径はこれらの収差が支配的となり、結局これ以上投射像を小さくすることが出来ない。そのため、イオン束１０７をスタート時点の直径（＝アパーチャ１１３ａの面積）よりも小さいコンバージョン電極１０３に集束させることは困難となるのである。

本実施形態では、反射迷光１０８のコンバージョン電極１０３への入射を抑制するためにコンバージョン電極１０３の面積を小さくすること、および信号となるイオン束１０７のコンバージョン電極１０３への入射効率を高くするために上記イオン照射面積は少なくともアパーチャ１１３ａの面積と同等であることが好ましい。このような２つの要件を満たすために、上記イオン照射面積とアパーチャ１１３ａの面積とを同じにすることが好ましい。

ここで、アパーチャ１１３ａとコンバージョン電極１０３との間にイオンを集束させるためのレンズを別途設けることにより、イオン照射面積がアパーチャ１１３ａの面積よりも小さい場合であっても、イオン束１０７をコンバージョン電極１０３へと入射させることはできる。しかしながら、上記レンズを別途に設ける必要があるので、装置の簡略化を考慮すると、上記レンズ等を別途に設ける必要無くアパーチャ１１３ａから入射されたイオン束１０７をコンバージョン電極１０３ａに高効率で入射できるので、上記イオン照射面積とアパーチャ１１３ａの面積とを等しくすることは好ましいのである。

ただし、上述のように、イオン照射面積をアパーチャ１１３ａの面積よりも小さくしても、レンズ等を別途に設けたり、図３に示すようなニードル状のコンバージョン電極を用いることによって、イオン束１０７をコンバージョン電極１０３へと入射させることができる。この場合は、コンバージョン電極１０３のイオン照射面積はアパーチャ１１３ａの面積に縛られること無く小さくすることができ、コンバージョン電極１０３への反射迷光１０８の入射をより一層抑えることができる。このように、イオン照射面積をアパーチャ１１３ａの面積よりも小さくしても、装置の簡便化を多少犠牲にするが、反射迷光１０８によるコンバージョン電極１０３起因のノイズをより一層低減することができるので、ノイズ低減の観点から効果的である。

なお、本実施形態では、図１Ａに示すように、質量分別機構１１１が備える質量アパーチャ板１１３を、イオン検出ユニット１０１の前段側の壁（質量分別機構１１１側の壁）としても機能させている。すなわち、アパーチャ１１３ａが形成された質量アパーチャ板１１３を、質量分別機構１１１とイオン検出ユニット１０１とで共用しているので、質量分別機構の出口電極である質量アパーチャ板１１３に形成されたアパーチャ１１３ａからイオン束１０７がイオン検出ユニット１０１へと入射されている。よって、本実施形態では、アパーチャ１１３ａは、質量分別機構１１１からイオンが出射される出口として機能すると共に、イオン検出ユニット１０１へとイオンを入射させるためのイオン入射口（導入口）としても機能している。

本実施形態では、上記イオン入射口とコンバージョン電極のイオン照射面積との関係が重要であるのであって、質量分別機構１１１の出口電極である質量アパーチャ板１１３に形成されたアパーチャ１１３ａの面積自体が重要なのではない。よって、例えば、イオン検出ユニット１０１が、コンバージョン電極１０３や２次電子増倍管１０２といった構成要素を囲むハウジングを備える場合は、該ハウジングに形成された、イオンを入射させるための開口部が上記イオン入射口となる。この場合は、アパーチャ１１３ａと該ハウジングに形成されたイオン入射口とが重なるように、ハウジングを配置すれば良い。

このように、本発明では、イオン検出ユニット内にイオンを導入するためのイオン入射口が重要な要素であり、その一例として質量アパーチャ板１１３に形成されたアパーチャ１１３ａが用いられているのである。

（第２の実施形態）
図２Ａは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、また図２Ｂは図２Ａの集束レンズ２００の詳細図である。
本実施形態では集束レンズ２００が追加され、またコンバージョン電極１０３の面積がより小さくなっていること以外は、第１の実施形態（図１Ａ）と構成・構造・機能とも同じである。すなわち、本実施形態では、イオン検出ユニット１０１へのイオンの入射口としてのアパーチャ１１３ａと、コンバージョン電極１０３との間に、イオンを集束する手段としての集束レンズ２００を配置している。

集束レンズ２００はイオンや電子などの荷電粒子を集束するもので各種の形式があり得るが、図２Ｂに示したように２枚のリング状電極として入射側には荷電粒子を弱く引き込む電位、射出側には強く引き込む電位を印加するのが一般的である。本実施形態では、グランド電位であるアパーチャ１１３ａから下方に向かって入射する正イオンに対して、入射レンズ２１０にプラス側電位として-4ｋVを印加し、射出レンズ２１１にマイナス側電位として-8ｋVを印加している。

この集束レンズ２００によって、イオン束１０７はより集束されることになって、コンバージョン電極１０３は第１の実施形態より小さくなっているにも関わらず、イオン束１０７のコンバージョン電極１０３に対する衝突効率はほとんど低下しない。

なお、この集束レンズ２００の電位では、-10ｋVのコンバージョン電極１０３から上方に向かって入射する電子に対しては入射側となる射出レンズ２１１に-8ｋV、射出側となる入射レンズ２１０に-4ｋV（入射側に弱く引き込む電位、射出側には強く引き込む電位）を印加していることになり、電子に対しても集束効果を生じさせることが出来る。したがって、電子１０９の２次電子増倍管１０１の初段電極Ｄ１への衝突効率も向上することが期待される。

また、-4ｋVが印加されている集束レンズ２００の上側の電極である入射レンズ２１０は、アパーチャ１１３ａから射出するイオン束１０７の“引き込み電極”の機能も果たしている。コンバージョン電極１０３のイオン照射面積が大きな従来例では、印加されたマイナス高電位による電界がアパーチャ１１３ａ付近にまで及んでいるが、本実施形態ではこの作用はあまり期待できない。そこで、アパーチャ１１３ａの近くに存在する集束レンズ２００の上側の電極である入射レンズ２１０の電位および面積を適切な値とすることにより、イオン束１０７の軌道をコンバージョン電極１０３側へと変化させることが出来る。ただし、入射レンズ２１０に迷光が照射されると、入射レンズ２１０は反射迷光１０８を発生することになる。該入射レンズ２１０にて生成された反射迷光１０８が初段電極Ｄ１に入射すると、ノイズに繋がってしまう。この初段電極Ｄ１に入射する反射迷光１０８を、該初段電極Ｄ１に入射する迷光１１６よりも小さくすることによって、ノイズを低減することができる。従って、反射迷光１０８が迷光１１６よりも小さくなるように、入射レンズ２１０の電位および面積を選択することが好ましい。

このように、本実施形態では、２つの集束レンズのうち、イオン検出ユニット１０１へのイオンの入射口としてのアパーチャ１１３ａ側の入射レンズ２１０に、イオン束１０７と反対極性の相対的に絶対値が小さい電位（-4kV）を印加し、コンバージョン電極１０３側の射出レンズ２１１に反対極性の相対的に絶対値が大きい電位（-8kV）を印加している。従って、入射レンズ２１０から入射するイオン束１０７を集束してコンバージョン電極１０３へと出射することができ、さらに、コンバージョン電極１０３にて発生した電子１０９を集束して初段電極Ｄ１へと出射することができる。

従って、本実施形態では、コンバージョン電極１０３の面積をより縮小しても、イオンのコンバージョン電極１０３への照射量を維持できる。よって、反射迷光１０８によるノイズ発生をより低減するとともに、集束レンズ２００により本来の信号量を維持することができ、S/Nのより改善を実現することができる。

（第３の実施形態）
図３は本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図である。
本実施形態ではコンバージョン電極３００が板状でなく、ニードル型となっていること以外は、第１の実施形態（図１Ａ）と構成・構造・機能とも同じである。

本実施形態では、ニードル形状のコンバージョン電極３００の直径は0.1〜1.0mm程度、例えば0.5mmで、長さは5〜20mｍ程度、例えば10mmである。材質はステンレスやモリブデンなど、変質に強い材料が好ましい。このようにニードル型のコンバージョン電極３００を用いることにより、実効的な照射面積を小さくしている。コンバージョン電極３００から生じる電界により、イオン束１０７は、コンバージョン電極３００に前述の実施形態と同様に効率良く入射するが、反射迷光１０８の、コンバージョン電極３００への実効的な照射面積は小さくなる。よって、イオン束１０７のコンバージョン電極３００への照射量を維持しながら、反射迷光１０８によりコンバージョン電極３００にて生じる電子を低減することができる。

なお、本実施形態では、コンバージョン電極３００の形状はニードル型に限定されることは無く、例えば、リボン形状、メッシュ形状、スリット形状のように、反射迷光１０８の照射量を低減できればいずれの形状であっても良い。

本実施形態では、コンバージョン電極３００の周囲にメッシュ形状のイオンサプレッサ電極３０１が設けられている。コンバージョン電極３００には-10kVの電位が印加され、このイオンサプレッサ電極３０１には-1.0kVの電位が印加される。この電位により、入射したイオン束１０７がコンバージョン電極３００により集束させることができるとともに、その形状がメッシュであるためコンバージョン電極３００から発生された電子１０９を通過させることができる。イオンサプレッサ電極３０１の光学的透過率は60〜95%程度、例えば90%で、長さはコンバージョン電極３００を囲む寸法で、材質はステンレスやモリブデンなど、変質に強い材料が好ましい。形状はメッシュでなくてもスリットを有する形状、ニードル形状などでもよい。

以上のようにして、本実施形態では、コンバージョン電極の実効的な面積をより縮小したので、反射迷光１０８によるノイズ発生をより低減することが出来る。よって、S/Nの改善を実現することができる。

＜同列型＞
（第４の実施形態）
図４Ａは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、また図４Ｂは図４Ａのコンバージョン電極４００の詳細図である。
本実施形態ではコンバージョン電極４００においてイオン束１０７と電子１０９の進む方向とが直交していること、およびそれに関連して２次電子増倍管１０２が（図１Ａのようにイオンの進行軸を挟んで対向しているのではなく）コンバージョン電極４００と同列に配置されていること以外は、第１の実施形態（図１Ａ）と構成・構造・機能とも同じである。

直交型のコンバージョン電極４００は各種の構造が可能であるが、図４Ｂの（ａ）〜（ｅ）にコンバージョン電極４００の例を示す。なお、図４Ａにおいては、図４Ｂの（ａ）のコンバージョン電極４００を示す。

図４Ｂの（ａ）に例示するコンバージョン電極４００は、複数のニードル形状のニードル電極４０１を図４Ｂの紙面垂直方向に離間して配置することにより構成されており、該ニードル電極４０１の軸方向がイオン束１０７の進行方向に対して斜めとなるようにコンバージョン電極４００を配置している。すなわち、複数のニードル電極４０１からなるコンバージョン電極４００を、イオン束１０７を斜めに横切るように設置し、それぞれのニードル電極４０１に-10kVの電位を印加する。

さらに、コンバージョン電極４００を囲む位置にシールド電極４０２を設けている。該シールド電極４０２に-10kVの電位を印加する。シールド電極４０２の形状は板形状でもスリット形状でもメッシュ形状でもよく、材質はステンレス、ニッケルなど、真空中で使用される電極材料を用いることができる。
これにより、図４Ｂの（ａ）に示すように、シールド電極４０２とコンバージョン電極４００との間は無電界になる一方、コンバージョン電極４００と初段電極Ｄ１との間には、電界（プラス側）４０３が形成される。従って、コンバージョン電極４００に入射したイオン束１０７により生じた電子１０９は、初段電極Ｄ１に入射する。

また、図４Ｂの（ｂ）に示すコンバージョン電極４００は、図４Ｂの（ａ）に示すコンバージョン電極４００を９０度回転させた構造を有する。すなわち、各ニードル電極４０１を、複数のニードル電極４０１の軸方向がイオン束１０７束の進行方向に対して垂直になり、かつ複数のニードル電極４０１の配置方向がイオン束１０７の進行方向に対して斜めとなって、イオン束１０７を横断するように設置する。異なった言い方をすると、複数のニードル電極で作られる面が、イオン束１０７とは斜めに交錯している。

また、図４Ｂの（ｃ）に示すコンバージョン電極４００は、図４Ｂの（ａ）に示す複数のニードル電極４０１を複数のリボン４０４に変更し、かつそられリボン４０４を、その大面積部がイオン束１０７の進行方向に平行となるように位置させる。

また、図４Ｂの（ｄ）に示すコンバージョン電極４００は、１つのリボン４０４であり、その延在方向（図４Ｂの（ｄ）では、長軸方向）に沿ってイオン束１０７が入射されるように配置されている。また、リボン４０４を囲むようにしてメッシュ状のイオンサプレッサ電極４０５が設けられている。上記リボン４０４には、-10kVの電位が印加され、イオンサプレッサ電極４０５には、-8kVの電位が印加される。

さらに、図４Ｂの（ｅ）に示すコンバージョン電極４００は、イオン照射面積がアパーチャ１１３ａと同等以下である板状電極４０６であり、該板状電極４０６は、イオン束１０７の進行方向に対して斜めとなるように配置されている。

例えば図４Ｂの（ａ）〜（ｅ）に示すようにコンバージョン電極４００を構成することにより、コンバージョン電極４００と同列に配置された２次電子増倍管１０１は、アパーチャ１１３ａからの距離が従来例に比べて長くなっているので、反射迷光１０８が２次電子増倍管１１の初段電極Ｄ１に照射されて発生するノイズは低減している。

すなわち、本実施形態では、イオン検出ユニット１０１のイオン入射口としてのアパーチャ１１３ａから初段電極Ｄ１までの距離を、該アパーチャ１１３ａからコンバージョン電極４００までの距離よりも長くしているので、迷光１１６および反射迷光１０８の初段電極Ｄ１への入射量を、迷光１１６および反射迷光１０８のコンバージョン電極４００への入射量よりも小さくすることができる。従って、２次電子増倍管の初段電極に起因するノイズを低減することができる。

以上のようにして、本実施形態では、コンバージョン電極の実効的な面積をより縮小するとともに、２次電子増倍管１０１への反射迷光１０８の照射量も低減したので、両ノイズ発生をより低減してS/Nの改善を実現することができる。

（第５の実施形態）
図５Ａは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、また図５Ｂは図５Ａの集束レンズ２００、２０１の詳細図である。
本実施形態では集束レンズ２０１、２０２が付加されていること以外は、第４の実施形態（図４）と構成・構造・機能は同じである。また集束レンズ２０１、２０２は第２の実施形態の集束レンズ２００と構成・構造・機能は同じである。ただ、第２の実施形態の集束レンズ２００はイオン束１０７と電子１０９の両方に適用されるが、本実施形態では集束レンズ２０１はイオン束１０７のみ、集束レンズ２０２は電子１０９のみに対して適用される。

すなわち、本実施形態では、入射レンズ２１２および射出レンズ２１３を有する集束レンズ２０１を、アパーチャ１１３ａと直交型のコンバージョン電極４００との間に設け、さらに入射レンズ２１４および射出レンズ２１５を有する集束レンズ２０２を、直交型のコンバージョン電極４００と初段電極Ｄ１との間に設けている。本実施形態では、入射電極２１２に-4kVの電位を印加し、射出電極２１３に-8kVの電位を印加しているので、図５Ｂに示すように、イオン束１０７は集束する。また、入射電極２１４に-8kVの電位を印加し、射出電極２１５に-4kVの電位を印加しているので、図５Ｂに示すように、電子１０９は集束する。

このように、集束レンズ２０１を設けることによってイオン束１０７を集束することができ、また集束レンズ２０２を設けることによって電子１０９を集束することができる。よって、集束レンズ２０１および集束レンズ２０２の双方を設けることは非常に有効であるが、集束レンズ２０１または集束レンズ２０２のみを設ける場合でも、イオン束１０７または電子１０９を集束させることができるので、好ましい。

以上のようにして、本実施形態では、集束レンズ２０１および２０２によってイオン束１０７と電子１０９それぞれの引出しと集束が行なわれるので、信号量の損失を減少させることができ、S/Nの改善を実現することができる。

（第６の実施形態）
図６Ａは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、また図６Ｂは図６Ａの集束レンズ２０３の詳細図である。
本実施形態は、第５の実施形態（図５Ａ）の二つの集束レンズ２０１、２０２が横に並んだ形で一体化した集束レンズ２０３を用いているとともに、偏向メッシュ５００、遮光板６０１が追加され、およびこれらに関連して２次電子増倍管１０１がアパーチャ１１３ａの近く、しかし遮光板６０１の背後の位置に配置されている。これら以外は、第５の実施形態（図５Ａ）と構成・構造・機能は基本的に同じである。

本実施形態では、図６Ａに示すように、アパーチャ１１３ａと２次電子増倍管１０２との間にグランド電位の遮光板６０１が設けられており、アパーチャ１１３ａおよび２次電子増倍管１０２とイオン束１０７に対して斜めに配置されたコンバージョン電極４００との間に、集束レンズ２０３が配置されている。また、該コンバージョン電極４００の近傍には、該コンバージョン電極４００から放出された電子１０９を、コンバージョン電極４００と初段電極Ｄ１との間で偏向させて、上記初段電極に入射させるための偏向メッシュ５００が設けられている。コンバージョン電極４００には-10kVの電位が印加され、偏向メッシュ５００には-8kVの電位が印加されている。

このように、イオン束１０７に対して斜めに配置されたコンバージョン電極４００と配向メッシュ５００とを用いることによって、遮光板６０１のイオン束１０７の入射側と反対側に２次電子増倍管１０２を配置しても、コンバージョン電極４００にて発生した電子１０９を２次電子増倍管１０２の初段電極Ｄ１に入射させることができる。従って、遮光板６０１にて迷光１１６の初段電極Ｄ１への入射を低減しつつ、信号となる電子１０９の初段電極Ｄ１への入射を維持することができる。

また、集束レンズ２０３は、開口部２１８ａ、２１８ｂを有する第１のレンズ（電極）２１６と、開口部２１９ａ、２１９ｂを有する第２のレンズ（電極）２１７とを備えており、第１のレンズ２１６には-4kV（プラス側の電位）の電位が印加され、第２のレンズ２１７には-8kV（マイナス側の電位）の電位が印加されている。第１のレンズ２１６および第２のレンズ２１７は、開口部２１８ａと開口部２１９ａとが重なり、かつ開口部２１８ｂと開口部２１９ｂとが重なるように配置されている。

このように集束レンズ２０３によれば、イオン入射口としてのアパーチャ１１３からコンバージョン電極４００へのイオン束１０７の集束機能と、コンバージョン電極４００から初段電極Ｄ１への電子１０９の集束機能との双方を、２つの電極によって実現することができる。よって、集束レンズに関わる部材数や配線数を減らすことができる。

アパーチャ１１３ａから入射したイオン束１０７は、集束レンズ２０３にて集束作用を受けつつ、開口部２１８ａ、２１９ａを介してイオン束１０７に対して斜めに配置されたコンバージョン電極４００に入射し、電子１０９に変換される。該コンバージョン電極４００で発生した電子１０９は、最初は図６Ａで右側水平方向に進むが、偏向メッシュ５００と集束レンズ２０３との電界で上向きに偏向される。その後、偏向された電子１０９は、集光レンズ２０３にて集束作用を受けつつ、開口部２１８ｂ、２１９ｂを通って２次電子増倍管１０２に入射する。このように、集束レンズ２０３は開口を二つ有しており、それぞれが別々にイオンと電子を引き込み・集束しているが、これはイオンと電子がひとつの開口を通過する第２の実施形態（図２Ａ）の集束レンズ２００と同じ機能となっている。なお、偏向メッシュ５００は電界的にはメッシュ状でなく板状でも同じ作用を及ぼすが、アパーチャ１１３ａからの迷光１１６が鏡面反射して２次電子増倍管１０２に大量に入射するのを低減するためメッシュ状とすることが好ましい。

上記のメッシュ状とした偏向メッシュ５００とともに、アパーチャ１１３ａと２次電子増倍管１０２との間への遮光板６０１の設置により、アパーチャ１１３ａと２次電子増概観１０２との間の実効的な距離が長くなる。よって、アパーチャ１１３ａから射出した迷光１１６のうち２次電子増倍管１０２に入射する割合が小さくなる。このため、ノイズがより減少してS/Nの一層の改善を実現することができる。

（第７の実施形態）
図７Ａは本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、図７Ｂは図７Ａのケース７００を示す図である。
本実施形態では、イオン検出ユニット１０１へのイオン入射口としてのアパーチャ１１３ａ付近を囲むケース７００を追加するとともに、集束レンズ２０３の上側電極である第１のレンズ（イオン束入射側のレンズ）の電位を0Ｖとし、下側電極である第２のレンズの電位を-6kVとしたこと以外は、第６の実施形態（図６Ａ）と構成・構造・機能とも同じである。

本実施形態では、アパーチャ１１３ａと、集束レンズ２０３の開口部２１８ａとの間の空間を囲むために、図７Ｂに示すようなケース７００を設けている。ケース７００は、開口部７００ａおよび７００ｂを有している。該開口部７００ａはアパーチャ１１３ａと重なり、開口部７００ｂは開口部２１８ａと重なるように、ケース７００は設けられている。

本実施形態では、アパーチャ１１３ａから２次電子増倍管１０２に通じるルートは、集束レンズ２０３の二つの開口を経るルートが主となる。そこで、ケース７００を設けることにより、アパーチャ１１３ａと集束レンズ２０３との間のルートを２次電子増倍管１０２から遮光することができる。なお、ケース７００の開口部７００ｂは、アパーチャ１１３ａから入射されたイオン束１０７をコンバージョン電極４００へと導入するための開口である。よって、アパーチャ１１３ａから入射されたイオン束１０７はコンバージョン電極４００へと進行する一方、アパーチャ１１３ａから射出した迷光１１６はケース７００によって遮られる。よって、該迷光１１６のうち２次電子増倍管１０２に入射する割合がより小さくなる。このためノイズがより減少してS/Nのより一層の改善を実現することができる。

なお、ケース７００の面７００ｃを質量アパーチャ板１１３と一体化しても良い。すなわち、面７００ｃを設けずに、質量アパーチャ板１１３のアパーチャ１１３ａが形成された領域の一部をケース７００と共用して面７００ｃとして機能させても良い。また、ケース７００の面７００ｄを第１のレンズ２１６と一体化しても良い。すなわち、面７００ｄを設けずに、第１のレンズ２１６の開口部２１８ａが形成された領域の一部をケース７００と共用して面７００ｄとして機能させても良い。

＜密閉ケース付き＞
（第８の実施形態）
図８は本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図である。
本実施形態では、コンバージョン電極４００を高い密閉度で囲む密閉ケース７０１を追加するとともに、集束レンズ２０４の下側電極と密閉ケース７０１の面７０１ａとを一体化ししている。また、２次電子増倍管１０２ａを高い密閉度で囲む密閉ケース７０２を追加するとともに、集束レンズ２０５の右側電極を密閉ケース７０２の面７０２ａと一体化している。また、本実施形態では、２次電子増倍管１０２よりも小さいサイズの２次電子増倍管１０２ａを用いている。よって、初段電極Ｄ１ａ〜１６段目の電極Ｄ１６ａも、初段電極Ｄ１〜電極１６に比べてサイズが小さい。なお、この二つの点以外は第５の実施形態（図５Ａ）と構成・構造・機能とも同じである。なお、高い密閉度とは迷光をほとんど遮断する程度のものである。

より詳細には、本実施形態では、導電性である第１の密閉ケース７０１内にコンバージョン電極４００が配置され、導電性の第２の密閉ケース７０２内に２次電子増倍管１０２ａが配置され、第１の密閉ケース７０１と第２の密閉ケース７０２とは絶縁性シールによって接続されている。

また、アパーチャ１１３ａとコンバージョン電極４００との間には、集束レンズ２０４が設けられている。該集束レンズ２０４は、２つの電極を有しており、図８に示されているように、アパーチャ１１３ａ側の電極が開口部２２１を有するリング状レンズ２２０であり、コンバージョン電極４００側の電極が開口部７０１ｂを有する密閉ケース７０１の面７０１ａである。なお、開口部２２１が開口部７０１ｂと重なるように、リング状レンズ２２０は配置されている。

さらに、コンバージョン電極４００と２次電子増倍管１０２ａとの間には、集束レンズ２０５が設けられている。該集束レンズ２０５は、２つの電極を有しており、図８に示されているように、コンバージョン電極４００側の電極が開口部７０１ｃを有する密閉ケース７０１の面７０１ｄであり、２次電子増倍管１０２ａ側の電極が開口部７０２ｂを有する密閉ケース７０２の面７０２ａである。なお、開口部７０１ｃが開口部７０２ｂと重なるように、密閉ケース７０１と密閉ケース７０２とは位置決めされている。

上記構成において、リング状レンズ２２０および密閉ケース７０２には-4kVの電位が印加され、密閉ケース７０１には-8kVの電位が印加される。よって、集束レンズ２０４は、アパーチャ１１３ａからコンバージョン電極４００へ向かうイオン束１０７を集束するように機能し、集束レンズ２０５は、コンバージョン電極４００から２次電子増倍管１０２ａへ向かう電子１０９を集束するように機能する。

このように、本実施形態では、密閉ケース７０１および７０２の双方によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２を囲っているが、密閉ケース７０１および７０２を、該２つの密閉ケースを有する１つの密閉ケースとみなすことができる。このみなされた１つの密閉ケースへとイオン束１０７を導入するための開口部は、開口部７０１ｂ１つである。つまり、該開口部７０１ｂは、上記みなされた１つの密閉ケース内にイオン束１０７を導入させるための開口部であり、該開口部７０１ｂから導入されたイオン束１０７がコンバージョン電極４００に入射するように開口部７０１ｂは位置決めされる。

このように、コンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２の双方を囲うケース（密閉ケース７０１および７０２）は、開口部７０１ｂ以外においては外側の空間と繋がっていないと言える。従って、イオン束１０７を入射させるための開口部７０１ｂ以外は密閉されているので、迷光１１６および密閉ケース７０１、７０２の外側で生じた反射迷光の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。すなわち、アパーチャ１１３ａから２次電子増倍管１０２に通じるルートは集束レンズ２０４、２０５の二つの開口を経るルートしかないので、アパーチャ１１３ａから射出した迷光１１６のうち２次電子増倍管１０２に入射する割合がより小さくなる。また、密閉ケース７０１、７０２の外側で発生した反射迷光の、コンバージョン電極４００や２次電子増倍管１０２ａへの入射も低減することができる。このためノイズがより減少してS/Nのより一層の改善が実現する。

また、密閉ケース７０１、７０２を導電性の部材とすることで、密閉ケース７０１、７０２のそれぞれの面を、集束レンズを構成する電極として機能させることができる。よって、密閉ケース７０１の面７０１ｄと、密閉ケース７０２の面７０１ｂとを集束レンズ２０５として機能させることができ、リング状電極などを別個に設けなくても、コンバージョン電極４００から発生する電子１０９を集束するための集束レンズ２０５を形成することができる。同様に、密閉ケース７０１の面７０１ａを、イオンを集束させるための集束レンズ２０４の一方の電極（レンズ）として機能させることができるので、集束レンズ２０４を形成するために用意する電極（レンズ）を１つに減らすことができる。
すなわち、本実施形態によれば、導電性の密閉ケース７０１、７０２を用いることによって、コンバージョン電極、２次電子増倍管への迷光の入射を抑えつつ、集束レンズ用に別個に用意する電極の数を減らすことができる。

さらに、本実施形態では、２次電子増倍管１０２ａのサイズを小さくしたので、初段電極Ｄ１ａのサイズ（電子が照射される面積（電子入射面積））も小さくなる。従って、反射迷光１０８といった迷光が初段電極Ｄ１ａに入射する量を減らすことができるので、２次電子増倍管の初段電極起因のノイズをさらに低減することができる。

このように、２次電子増倍管の初段電極の電子入射面積を小さくすることは、該初段電極から生じるノイズを低減でき、さらなるノイズ低減が実現できるため好ましい。ただし、初段電極Ｄ１ａに入射する電子１０９の発生源はコンバージョン電極４００であり、コンバージョン電極４００から生じた電子１０９を高効率で初段電極Ｄ１ａに入射させるためには、初段電極Ｄ１ａの電子入射面積をコンバージョン電極４００の電子発生面積（すなわち、イオン照射面積）と少なくとも同等にする必要がある。何故ならば、初段電極Ｄ１ａの電子入射面積をコンバージョン電極４００の電子発生面積よりも小さくすると、収差を考慮すると、コンバージョン電極４００から発生した電子１０９を初段電極Ｄ１ａに集束させることは困難だからである。

本実施形態では、２次電子増倍管の初段電極起因のノイズを低減するために初段電極の面積を小さくすること、およびＳ／Ｎ比の信号Ｓを低減させないために初段電極の電子入射面積は少なくともコンバージョン電極の電子発生面積と同等であることの２つの要件を満たすために、初段電極Ｄ１ａの電子入射面積をコンバージョン電極４００の電子発生面積と同じにしている。すなわち、本発明ではコンバージョン電極４００の、イオンを照射する面積（電子発生面）を小さくしているので、それに連動して初段電極Ｄ１ａの電子入射面積も小さくなり、初段電極Ｄ１ａへの迷光の入射を低減することができる。これと共に、初段電極Ｄ１ａの電子入射面積はコンバージョン電極４００の電子発生面積と同じであるという要件から、電子１０９の初段電極Ｄ１ａへの入射効率を高くすることができる。よって、初段電極Ｄ１ａへの電子１０９の入射効率を低減させずに、該初段電極Ｄ１ａへの迷光の入射を低減できるのである。

なお、コンバージョン電極４００の電子発生面積（イオンを照射する面積）は、アパーチャ１１３ａの面積と同等以下であるので、初段電極Ｄ１ａの電子入射面積はアパーチャ１１３ａの面積と同等以下であると言える。

本実施形態では、２次電子増倍管の初段電極を小さくするために、小サイズの２次電子増倍管１０２ａを用いているが、これに限定されない。本実施形態で重要なことは、初段電極の電子入射面積を、コンバージョン電極の電子発生面積と同じにすることである。よって、この要件を実現できれば、例えば、大サイズの２次電子増倍管の初段電極のみを小さいサイズの電極に変更するようにしても良い。

また、例えば、コンバージョン電極の形状が図４Ｂの（ａ）に示すようにニードル形状であり、コンバージョン電極の電子発生面積が規定しづらい場合は、２次電子増倍管の初段電極として、コンバージョン電極と同一のものを用いれば良い。

なお、本実施形態にて説明した２次電子増倍管の初段電極の電子照射面積を小さくし、コンバージョン電極の電子発生面積（イオン照射面積）と同等にする構成を、他の実施形態に適用可能であることは言うまでもない。

（第９の実施形態）
図９は本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図である。
本実施形態では、イオン束１０７を集束するための集束レンズ２０６および電子１０９を集束するための集束レンズ２０７の電位と形状とを変更することによって、密閉ケース７０３がグランド電位で、かつコンバージョン電極４００と２次電子増倍管１０２の両方を高い密閉度で囲むようにしたこと以外は、第８の実施形態（図８）と構成・構造・機能とも同じである。
本実施形態では、このためシンプルな構造であるにも関わらず、ノイズが減少してS/Nの改善を実現することができる。

具体的には、図９において、密閉ケース７０３は、開口部７０３ｄが形成された壁７０３ｃによって区切られた構造を有しており、壁７０３ｃによって区切られた一方の空間内にコンバージョン電極４００が配置され、他方の空間に２次電子増倍管１０２が配置される。また、密閉ケースの面７０３ａには開口部７０３ｂが形成されている。

また、アパーチャ１１３ａとコンバージョン電極４００との間には、集束レンズ２０６が設けられている。該集束レンズ２０６は、２つの電極を有しており、図９に示されているように、アパーチャ１１３ａ側の電極が開口部７０３ｂを有する密閉ケース７０３の面７０３ａであり、コンバージョン電極４００側の電極が開口部２２３を有するリング状レンズ２２２である。なお、開口部２２２が開口部７０３ｂと重なるように、リング状レンズ２２２は配置されている。

さらに、コンバージョン電極４００と２次電子増倍管１０２との間には、集束レンズ２０７が設けられている。該集束レンズ２０７は、２つの電極を有しており、図９に示されているように、コンバージョン電極４００側の電極が開口部２２５を有するリング状レンズ２２４であり、２次電子増倍管１０２側の電極が開口部７０３ｄを有する密閉ケース７０３の壁７０３ｃである。なお、開口部２２５が開口部７０３ｄと重なるように、リング状レンズ２２４は配置されている。

上記構成において、リング状レンズ２２２および２２４には-6kVの電位が印加され、密閉ケース７０３には0V（グランド電位）が印加される。よって、集束レンズ２０６は、アパーチャ１１３ａからコンバージョン電極４００へ向かうイオン束１０７を集束するように機能し、集束レンズ２０７は、コンバージョン電極４００から２次電子増倍管１０２へ向かう電子１０９を集束するように機能する。

なお、本実施形態では、密閉ケース７０３によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２を囲っており、密閉ケース７０３は、開口部７０３ｂ以外において密閉されている。従って、迷光１１６および密閉ケース７０３の外側で生じた反射迷光の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。

（第１０の実施形態）
図１０は本実施形態にコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図である。
本実施形態では、組込み式密閉ケース７０４が密閉ケース７０３の役目を果たすようにしたこと以外は、第９の実施形態（図９）と構成・構造・機能とも同じである。
このためよりシンプルな構造であるにも関わらず、ノイズが減少してS/Nの改善を実現することができる。

具体的には、本実施形態に係るイオン検出ユニット１０１は、２次電子増倍管１０２と、ネジ穴が形成された突起部７０７を有するハウジング７０６と、該ハウジング７０６内に組み込まれる組み込み式密閉ケース７０４と、開口部２２７を有するリング状レンズ２２６と、開口部２２９を有するリング状レンズ２２８と、コンバージョン電極４００とを備えている。

組み込み式密閉ケース７０４は、開口部７０４ｂが形成された導電性部材７０４ａと、ネジ用開口部７０４eおよび開口部７０４ｄが形成され、ハウジング７０６の断面と同じ形状であり、ハウジング７０６にちょうど嵌合する導電性部材７０４ｃとを有している。なお、導電性部材７０４ａは、導電性部材７０４ｃに対して直角方向に延在するように設けられている。

上記ネジ開口部７０４ｅを介してネジ７０８を突起部７０７のネジ穴に固定することによって、組み込み式密閉ケース７０４はハウジング７０６内に固定される。また、導電性部材７０４ａの長さは、組み込み式密閉ケース７０４がハウジング７０６に固定された際の導電性部材７０４ｃと質量アパーチャ板１１３との間の距離に等しいので、上記組み込み式密閉ケース７０４の固定により、アパーチャ１１３ａの周囲を、開口部７０４ｂ以外において密閉することができる。また、導電性部材７０４ａの下側の領域についても、該導電性部材７０４ａと導電性部材７０４ｃとハウジング７０６と質量アパーチャ板１１３ａとによって囲まれた空間を、開口部７０４ｂ、７０４ｄ以外において密閉することができ、該空間にコンバージョン電極４００が配置されている。さらに、導電性部材７０４ｃはちょうどハウジング７０６内に嵌合するので、上記固定により２次電子増倍管１０２の周囲の空間を、開口部７０４ｄ以外において密閉することができる。

このように、本実施形態では、質量アパーチャ板１１３、ハウジング７０６、組み込み式密閉ケース７０４を有する１つの密閉手段によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２の双方を囲っていると言える。該囲まれた空間は、開口部７０４ｂ以外において密閉されている。従って、該密閉された空間の外側で生じた反射迷光および迷光１１６の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。

また、アパーチャ１１３ａとコンバージョン電極４００との間には、集束レンズ２０８が設けられている。該集束レンズ２０８は、２つの電極を有しており、図１０に示されているように、アパーチャ１１３ａ側の電極が開口部７０４ｂを有する導電性部材７０４ａであり、コンバージョン電極４００側の電極が開口部２２７を有するリング状レンズ２２６である。なお、開口部２２７が開口部７０４ｂと重なるように、リング状レンズ２２６は配置されている。

さらに、コンバージョン電極４００と２次電子増倍管１０２との間には、集束レンズ２０９が設けられている。該集束レンズ２０９は、２つの電極を有しており、図１０に示されているように、コンバージョン電極４００側の電極が開口部２２９を有するリング状レンズ２２８であり、２次電子増倍管１０２側の電極が開口部７０４ｄを有する導電性部材７０４ｃである。なお、開口部２２９が開口部７０４ｄと重なるように、リング状レンズ２２８は配置されている。

上記構成において、リング状レンズ２２６および２２８には-6kVの電位が印加され、組み込み式密閉ケース７０４には0V（グランド電位）が印加される。すなわち、導電性部材７０４ａ、７０４ｃはグランド電位となる。よって、集束レンズ２０８は、アパーチャ１１３ａからコンバージョン電極４００へ向かうイオン束１０７を集束するように機能し、集束レンズ２０９は、コンバージョン電極４００から２次電子増倍管１０２へ向かう電子１０９を集束するように機能する。

（第１１の実施形態）
図１１は本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図である。
本実施形態では、コンバージョン電極４００と２次電子増倍管１０１を高い密閉度で囲む密閉ケース７０９、７１０を追加するとともに、イオン束１０７および電子１０９を集束するための集束レンズの一方の電極をグランド電位で密閉ケース７０９と一体化したこと以外は第６の実施形態（図６Ａ）と構成・構造・機能とも同じである。
このためよりシンプルな構造であるにも関わらず、ノイズがより減少してS/Nの改善を実現することができる。

具体的には、２次電子増倍管１０２は、密閉ケース７０９によって囲まれている。該密閉ケース７０９の底面７０９ｃは、延在部７０９ａを有しており、該底面７０９ｃおよび延在部７０９ａは導電性を有している。また、延在部７０９ａには開口部７０９ｂが形成されており、底面７０９ｃには開口部７０９ｄが形成されている。なお、延在部７０９ａは、質量アパーチャ板１１３まで延びている。
また、コンバージョン電極４００と偏向メッシュ５００とを囲むように、密閉ケース７１０が設けられている。密閉ケース７１０内には、２つの開口部２３１、２３２が形成されたレンズ（電極）２３０が、開口部２３１が開口部７０９ｂと重なり、開口部２３２が開口部７０９ｄと重なるように設けられている。

本実施形態では、延在部７０９ａおよび底面７０９ｃには０Ｖ（グランド電位）が印加され、レンズ２３０には-6kVの電位が印加される。従って、延在部７０９ａ、底面７０９ｃおよびレンズ２３０が集束レンズとして機能する。すなわち、アパーチャ１１３ａから入射したイオン束１０７は、上記集束レンズにて集束作用を受けつつ、開口部７０９ｂ、２３１を介してコンバージョン電極４００に入射し、電子１０９に変換される。コンバージョン電極４００で発生した電子１０９は、偏向メッシュ５００により偏向され、上記集光レンズにて集束作用を受けつつ、開口部２３２、７０９ｄを通って２次電子増倍管１０２に入射する。

なお、本実施形態では、密閉ケース７０９および７１０によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２を囲っており、該密閉ケース７０９、７１０によって囲まれた領域は、開口部７０９ｂ以外において密閉されている。従って、該密閉された空間の外側で生じた反射迷光および迷光１１６の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。

（第１２の実施形態）
図１２は本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図である。
本実施形態では、第１０の実施形態の組込み式密閉ケース７０４の一部を変更したものが、図１１における密閉ケース７０９の役目を果たすようにしたこと以外は、第１１の実施形態（図１１）と構成・構造・機能とも同じである。
このためより一層シンプルな構造であるにも関わらず、ノイズがより減少してS/Nの改善を実現することができる。

上述のように、本実施形態で用いられる組み込み式密閉ケース７０４は、第１０の実施形態に開示されたものに対して一部が変更されている。具体的には、本実施形態では、導電性部材７０４ｃに図１０の開口部７０４ｄが形成されていない代わりに、２次電子増倍管１０２を挿入（通過）させることができる大きさの開口部７０４ｆが形成されている。また、導電性部材７０４ａには、開口部７０４ｂに加えて新たに開口部７０４ｇが形成されている。さらに、組み込み式密閉ケース７０４には、開口部７０４ｆおよび開口部７０４ｇの双方を囲むように密閉ケース７１１が取り付けられている。このような構成において、２次電子増倍管１０２の少なくとも一部が開口部７０４ｆを介してケース７１１に囲まれた領域に挿入されている。

本実施形態では、第１０の実施形態と同様に、導電性部材７０４ａの下側において、導電性部材７０４ａと導電性部材７０４ｃとに囲まれる空間にコンバージョン電極４００が設けられている。さらに該空間には、２つの開口部２３１、２３２が形成されたレンズ（電極）２３０が、開口部２３１が開口部７０４ｂと重なり、開口部２３２が開口部７０４ｇと重なるように設けられている。

導電性部材７０４ａには０Ｖ（グランド電位）が印加され、レンズ２３０には-6kVの電位が印加される。従って、導電性部材７０４ａおよびレンズ２３０が集束レンズとして機能する。すなわち、アパーチャ１１３ａから入射したイオン束１０７は、上記集束レンズにて集束作用を受けつつ、開口部７０４ｂ、２３１を介してコンバージョン電極４００に入射し、電子１０９に変換される。コンバージョン電極４００で発生した電子１０９は、偏向メッシュ５００により偏向され、上記集光レンズにて集束作用を受けつつ、開口部２３２、７０４ｇを通って２次電子増倍管１０２に入射する。

本実施形態では、質量アパーチャ板１１３、ハウジング７０６、組み込み式密閉ケース７０４によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２を囲っており、該囲まれた空間は、開口部７０４ｂ以外において密閉されている。従って、該密閉された空間の外側で生じた反射迷光および迷光１１６の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。

（第１３の実施形態）
図１３の（ａ）は、本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、図１３の（ｂ）は、図１３の（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
本実施形態では、第１１の実施形態に対して、集束レンズとコンバージョン電極の設置方向が変更（図１３の（ａ）においては、集束レンズの二つの開口が紙面に垂直方向に並び、コンバージョン電極４００から電子１０９が紙面に垂直方向に射出）されている。さらにこれに関連して密閉ケースの形状が変更されている。こられ二つ以外は第１１の実施形態（図１１）と構成・構造・機能とも同じである。

図１３において、直交型のコンバージョン電極４００、および偏向メッシュ５００が、開口部７１２ａ、７１２ｂを有する密閉ケース７１２内に設けられている。また、密閉ケース７１２内には、２つの開口部２３１、２３２が形成されたレンズ（電極）２３０が、開口部２３１が開口部７１２ａと重なり、開口部２３２が開口部７１２ｂと重なるように設けられている。

また、開口部７１２ｂ上には、２次電子増倍管１０２およびケース１０４が設けられており、該２次電子増倍管１０２およびケース１０４、ならびに開口部７１２ｂを囲むように密閉ケース７１３が設けられている。

密閉ケース７１２には０Ｖ（グランド電位）が印加され、レンズ２３０には-6kVの電位が印加される。従って、密閉ケース７１２の開口部７１２ａ、７１２ｂが形成された面およびレンズ２３０が集束レンズとして機能する。すなわち、アパーチャ１１３ａから入射したイオン束１０７は、上記集束レンズにて集束作用を受けつつ、開口部７１２ａ、２３１を介してコンバージョン電極４００に入射し、電子１０９に変換される。コンバージョン電極４００で発生した電子１０９は、偏向メッシュ５００により偏向され、上記集光レンズにて集束作用を受けつつ、開口部２３２、７１２ｂを通って２次電子増倍管１０２に入射する。

本実施形態では、密閉ケース７１２および７１３によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２を囲っており、該囲まれた空間は、開口部７１２ａ以外において密閉されている。従って、該密閉された空間の外側で生じた反射迷光および迷光１１６の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。

すなわち、この構造では、アパーチャ１１３ａから射出した迷光１１６が上記集束レンズの入射口付近で散乱しないこと、およびアパーチャ１１３ａからの迷光１１６が鏡面反射して２次電子増倍管１０２に入射することがないことからノイズがより低減する。
このためより一層シンプルな構造であるにも関わらず、ノイズがより減少してS/Nの一層の改善を実現することができる。

（第１４の実施形態）
図１４の（ａ）は本実施形態に係るコンバージョン型イオン検出ユニットを示した図であり、図１４の（ｂ）は、図１４の（ａ）のＢ−Ｂ′線断面図である。
本実施形態では、組込み式密閉ケース７１５が密閉ケース７１２、７１３の役目を果たすようにしたこと以外は、第１３の実施形態（図１３）と構成・構造・機能とも同じである。
このためより一層シンプルな構造であるにも関わらず、ノイズがより減少してS/Nの改善を実現することができる。

図１４において、本実施形態に係るイオン検出ユニット１０１は、２次電子増倍管１０２と、ネジ穴が形成された突起部７１７を有するハウジング７１４と、該ハウジング７１４内に組み込まれる組み込み式密閉ケース７１５と、２つの開口部２３１、２３２を有するレンズ２３０と、コンバージョン電極４００と、偏向メッシュ５００とを備えている。

組み込み式密閉ケース７１５は、開口部７１５ｂが形成された導電性部材７１５ａと、ネジ用開口部７１５eが形成され、ハウジング７１４の断面と同じ形状であり、ハウジング７１４にちょうど嵌合する部材７１５ｃとを有している。なお、導電性部材７１５ａは、導電性部材７１５ｃの直角方向に延在するように設けられている。また、導電性部材７１５ａ上には、その中に２次電子増倍管１０２およびケース１０４を配置可能な密閉ケース７１６が設けられている。さらに、導電性部材７１５ａの大きさは、組み込み式密閉ケース７１５がハウジング７１４内に嵌合された際に、導電性部材７１５ａの下側の空間を該導電性部材７１５ａとハウジング７１４とによって密閉できるように設定されている。

上記ネジ開口部７１５ｅを介してネジ７１８を突起部７１７のネジ穴に固定することによって、組み込み式密閉ケース７１５はハウジング７１４内に固定される。これにより、導電性部材７１５ａの下側の領域において、該導電性部材７１５ａと部材７１５ｃとハウジング７１４と質量アパーチャ板１１３とによって囲まれた空間を、開口部７１５ｂ、７１５ｄ以外において密閉することができ、該空間にコンバージョン電極４００および偏向メッシュ５００が配置されている。また、該空間内には、開口部２３１が開口部７１５ｂと重なり、開口部２３２が開口部７１５ｄと重なるようにレンズ２３０が配置されている。さらに、密閉ケース７１６内に、２次電子増倍管１０２およびケース１０４が設けられている。

この結果、本実施形態では、質量アパーチャ板１１３、ハウジング７１４、組み込み式密閉ケース７１５、および密閉ケース７１６によってコンバージョン電極４００および２次電子増倍管１０２を囲っており、該囲まれた空間は、開口部７１５ｂ以外において密閉されている。従って、該密閉された空間の外側で生じた反射迷光および迷光１１６の、コンバージョン電極４００および初段電極Ｄ１への入射を抑制することができる。

密閉ケース７１５ａには０Ｖ（グランド電位）が印加され、レンズ２３０には-6kVの電位が印加される。従って、導電性部材７１５ａおよびレンズ２３０が集束レンズとして機能する。すなわち、アパーチャ１１３ａから入射したイオン束１０７は、上記集束レンズにて集束作用を受けつつ、開口部７１５ｂ、２３１を介してコンバージョン電極４００に入射し、電子１０９に変換される。コンバージョン電極４００で発生した電子１０９は、偏向メッシュ５００により偏向され、上記集光レンズにて集束作用を受けつつ、開口部２３２、７１５ｄを通って２次電子増倍管１０２に入射する。

なお、第８の実施形態〜第１４の実施形態において、種々の密閉ケースにより少なくともコンバージョン電極および２次電子増倍管を囲んでいるが、その目的は、迷光となる真空紫外光および軟Ｘ線の少なくとも一方を、上記密閉ケースにより遮ったり減衰させることである。これにより、コンバージョン電極および２次電子増倍管の初段電極に入射しノイズの原因となる迷光を低減することができる。

よって密閉ケースに求められる要件としては、真空紫外光および軟Ｘ線の少なくとも一方をなるべく透過させないこと、密閉ケースに形成されたイオンを導入するための開口を通過する迷光よりも大きな影響を引き起こす迷光を少なくとも通過させないことが必要となる。当然、この場合の「通過」には接合部等の隙間等の通過も含まれる。そのため、このような性質を有する密閉ケースの一例としては、０．５ｍｍ〜１．ｍｍ程度の厚さの金属（例えば、ステンレス）であり、接合部等の隙間の総面積が上記開口の面積に比べて無視できるものが挙げられる。また、密閉ケースの表面で迷光が反射・散乱すると最終的には影響が出る可能性が高いので、できれば迷光をその表面で吸収することが望ましい。そのため、表面に光の吸収率の高い黒い色の部材を用いるだけでも、迷光の影響の低減に効果がある。

また、迷光として、可視光等の、真空紫外光や軟Ｘ線以外の光が迷光として想定される場合は、該想定された波長の光をなるべく透過させないような性質を有する部材を密閉ケースとして用いればよい。すなわち、本発明の一実施形態では、想定された所定の波長の光（例えば、真空紫外光や軟Ｘ線）の少なくとも一部を透過させない性質を有する部材を密閉ケースとして用いれば、迷光となる上記所定の波長の光の密閉ケース内への進入を抑えることができるので、ノイズの更なる低減効果を実現することができる。

以上各実施形態を説明してきたが、本発明の実施形態はこれらに限定されることはなく、それぞれの実施形態の各要素を組み合わせること、入れ替えることが可能なのは当然である。また、それぞれの電極に印加する電圧は上記実施形態に限定されることはなく、寸法・形状・目的などにより任意に選ぶことができる。

さらに、上述の各実施形態では、2次電子増倍器として多段型の２次電子増倍管を用いている。しかしながら、２次電子増倍器はこれらに限定されるものではなく、連続型、マイクロチャンネルプレート型、シンチレータ/光電子増倍管であってもよい。すなわち、本発明の一実施形態では、入射された電子を増幅して出力可能であれば、いずれの構成を用いても良い。さらに、上述の各実施形態では測定するイオンは正イオンを前提としたが、正イオンのみならず負イオンに対しても、設定電位の正負を反転させることで適用することができる。

本発明の一実施形態に係るイオン検出ユニットは、質量分析装置において高いS/Nを得ることができるイオン検出ユニットであり、幅広い用途向けの多種の質量分析装置に好適となる。

１０１ イオン検出ユニット
１０２ ２次電子増倍管
１０３、４００ コンバージョン電極
１０７ イオン束
１０８ 反射迷光
１０９ 電子
１１３ａ アパーチャ

Claims (12)

1. イオン検出ユニットであって、
   前記イオン検出ユニット内にイオンを入射させるための第１の開口と、
   前記第１の開口から入射されたイオンを電子に変換するコンバージョン電極と、
   前記コンバージョン電極にて変換された前記電子を増幅する２次電子増倍管とを備え、
   前記コンバージョン電極の前記イオンが照射される面積が、前記第１の開口の面積と同等以下であることを特徴とするイオン検出ユニット。
2. 前記２次電子増倍管の初段電極の前記電子が照射される面積が、前記コンバージョン電極の前記イオンが照射される面積と同等の大きさであることを特徴とする請求項１に記載のイオン検出ユニット。
3. 前記第１の開口から前記２次電子増倍管の初段電極までの距離が、前記第１の開口から前記コンバージョン電極までの距離よりも大きくなるように、前記２次電子増倍管および前記コンバージョン電極は配置されていることを特徴とする請求項１または２のイオン検出ユニット。
4. 前記コンバージョン電極と前記２次電子増倍管とは独立して設置されており、前記コンバージョン電極に印加する電圧が前記２次電子増倍管に印加する電圧の２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
5. 前記第１の開口と前記コンバージョン電極との間に設けられ、前記イオンを集束させるためのレンズ、および前記コンバージョン電極と前記２次電子増倍管との間に設けられ、前記変換された電子を集束させるためのレンズの少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
6. 前記コンバージョン電極が板状、ニードル形状、リボン形状、メッシュ形状、およびスリット形状のいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
7. 前記コンバージョン電極の延在方向が、前記第１の開口から入射されたイオンの進行方向に対して斜めとなって、前記イオンを横断していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
8. 前記コンバージョン電極から放出された前記変換された電子を、前記コンバージョン電極と前記２次電子増倍管の初段電極との間の空間で偏向させる偏向手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
9. 前記第１の開口と前記２次電子増倍管との間に設けられた遮光板、および前記第１の開口を囲むように配置されたケースであって、該第１の開口から入射されたイオンを前記コンバージョン電極へ導入するための第２の開口を有するケースのいずれか一方をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
10. 前記コンバージョン電極と前記２次電子増倍管の両方を囲むケースであって、前記イオンが入射するための第３の開口を１個有し、該第３の開口以外は密閉されているケースをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
11. 前記コンバージョン電極および前記２次電子増倍管を囲み、所定の波長の光の少なくとも一部を透過させない性質を有する部材をさらに備え、
    前記部材は、該部材内に前記イオンを導入するための第３の開口であって、該第３の開口から導入されたイオンが前記コンバージョン電極に入射するように形成された第３の開口を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のイオン検出ユニット。
12. 前記所定の波長の光は、真空紫外光および軟Ｘ線の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１１に記載のイオン検出ユニット。

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