JP2023108257A - 荷電粒子検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチダイノードからの検出信号を安定して取得できる荷電粒子検出器を提供する。【解決手段】荷電粒子検出器１は、電子（荷電粒子）が入力される入力面２ａと、電子の位置情報を維持しながら電子増倍を行う増倍部５Ａ，５Ｂと、増倍部５Ａ，５Ｂによる増倍電子を出力する出力面２ｂと、を有するマイクロチャネルプレート２と、出力面２ｂから出力された電子を増倍する複数のダイノード１２と、ダイノード１２，１２間に位置する絶縁領域１３と、を有するマルチダイノード３と、出力面２ｂとマルチダイノード３との間の空間領域に配置され、ダイノード１２による増倍電子を収集する収集部２１と、出力面２ｂから出力された電子をダイノード１２側に通過させる開口部２２と、を有するアノード４と、を備え、出力面２ｂからの電子の出力方向から見た場合に、絶縁領域１３の全体が収集部２１と重なっている。【選択図】図１

Description

本開示は、荷電粒子検出器に関する。

マイクロチャネルプレートを備えた荷電粒子検出器では、当該マイクロチャネルプレートの出力リニアリティの向上が求められている。マイクロチャネルプレートの出力リニアリティは、マイクロチャネルプレートの抵抗値に反比例する。このため、マイクロチャネルプレートの低抵抗化が必須となるが、低抵抗化による出力リニアリティの改善は、既に限界に近付いている。

別の観点から出力リニアリティの改善を図るため、マイクロチャンネルプレートにメッシュアノード及びマルチダイノードを組み合わせた三極管構造が検討されている。三極管構造を有する従来の荷電粒子検出器として、例えば特許文献１に記載の電子増倍装置がある。この従来の電子増倍装置は、２次電子放射を行う少なくとも一つのマイクロチャネルプレートを備えている。マイクロチャネルプレートは、入力面及び出力面を有しており、出力面に平行にダイノード及び格子状のアノードが配置されている。

特開昭５７－１９６４６６号公報

上記特許文献１の図４には、絶縁基板上に複数の独立した素子を配置したマルチダイノードが、格子状のアノードと共にマイクロチャネルプレートの出力面に平行に配置されている。しかしながら、このような構成においては、マルチダイノードを構成する絶縁基板の素子間領域（絶縁領域）の帯電が問題となる。絶縁領域に帯電が生じると、マルチダイノードからの検出信号の取得が不安定になることが考えられる。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、マルチダイノードからの検出信号を安定して取得できる荷電粒子検出器を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る荷電粒子検出器は、荷電粒子が入力される入力面と、入力面に対する荷電粒子の位置情報を維持しながら荷電粒子の入力に基づく電子増倍を行う増倍部と、増倍部によって増倍された電子を出力する出力面と、を有するマイクロチャネルプレートと、出力面から出力された電子を増倍する複数のダイノードと、ダイノード間に位置する絶縁領域と、を有するマルチダイノードと、出力面とマルチダイノードとの間の空間領域に配置され、ダイノードによって増倍された電子を収集する収集部と、出力面から出力された電子をマルチダイノード側に通過させる開口部と、を有するアノードと、を備え、出力面からの電子の出力方向から見た場合に、絶縁領域の全体が収集部と重なっている。

この荷電粒子検出器では、マイクロチャネルプレートの出力面から出力する電子の出力方向から見て、マルチダイノードにおける絶縁領域の全体がアノードの収集部と重なっている。このため、出力面からの電子が絶縁領域に入射することを抑制でき、絶縁領域に帯電が生じることを防止できる。これにより、容量結合によるダイノード間のクロストークの発生を抑えることができる。したがって、この荷電粒子検出器では、マルチダイノードからの検出信号を安定して取得できる。

アノードは、出力面とマルチダイノードとの中間位置よりもマルチダイノード側に配置されていてもよい。この場合、マルチダイノードの各ダイノードで増倍された電子をアノードで効率的に収集できる。したがって、実質的な電子増倍率を高めることが可能となり、荷電粒子検出器のダイナミックレンジを向上できる。

アノードは、開口部に掛け渡される補助収集部を更に有していてもよい。この場合、マルチダイノードの各ダイノードで増倍された電子をアノードでより効率的に収集できる。

補助収集部の幅は、収集部の幅よりも小さくなっていてもよい。この場合、アノードからマルチダイノードへの電子の透過性を維持しつつ、マルチダイノードの各ダイノードで増倍された電子をアノードで効率的に収集できる。

ダイノードは、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた電極層及び増倍層によって構成され、増倍層の幅は、電極層の幅よりも小さくなっていてもよい。この場合、増倍層が絶縁基板から遠ざかることでダイノード間の容量結合を防止できる。したがって、ダイノード間のクロストークの発生を一層確実に抑えることができる。

出力面から出力された電子の拡がり角をθ、ダイノードの高さをｈ、絶縁領域の幅をＤ、アノードからダイノードの底面までの距離をＹとした場合に、収集部の幅Ｗは、Ｗ＝２（Ｙ－ｈ）ｔａｎθ＋Ｄを満たしていてもよい。このような条件を満たすことで、拡がり角θをもって出力面から出力した電子が絶縁領域に入射することをより確実に抑制できる。

アノードとマルチダイノードとを位置決めする位置決め機構を有し、位置決め機構は、マイクロチャネルプレート側の第１の端部電極と、マルチダイノード側の第２の端部電極と、を含み、アノード及びマルチダイノードは、第１の端部電極と第２の端部電極とによって挟み込まれた状態でネジ固定されていてもよい。このような位置決め機構により、アノードとマルチダイノードとを簡便に位置決めできる。この結果、マルチダイノードの絶縁領域とアノードの収集部との配置関係を設計どおりに精度良く合わせることが可能となる。

本開示によれば、マルチダイノードからの検出信号を安定して取得できる荷電粒子検出器を提供する。

本開示の一実施形態に係る荷電粒子検出器の構成例を示す模式的な断面図である。 マルチダイノードの一例を示す平面図である。 マルチダイノードに含まれるダイノードの層構成を示す模式的な断面図である。 アノードの一例を示す平面図である。 マルチダイノードの絶縁領域とアノードの収集部との配置関係を示す模式的な断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、マルチダイノードの変形例を示す平面図である。 （ａ）～（ｃ）は、アノードの変形例を示す平面図である。 補助収集部を有するアノードの一例を示す平面図である。 補助収集部を有するアノードの別例を示す平面図である。 アノード及びマルチダイノードの位置決め機構を含めた荷電粒子検出器の構成例を示す模式的な一部断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る荷電粒子検出器の好適な実施形態について詳細に説明する。

本開示の一実施形態に係る荷電粒子検出器の構成例を示す模式的な断面図である。ここでの荷電粒子には、電子或いはイオンなどが含まれる。図１に示す荷電粒子検出器１は、例えばＸ線光電子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)に用いられるマルチダイノード型の電子検出器として構成されている。

Ｘ線光電子分光法は、試料への単色Ｘ線の照射によって放出される電子（光電子）の運動エネルギーを測定し、試料の極表面に存在する元素の種類、存在量、化学結合状態などに関する知見を得る手法である。光電子の飛行軌道は、電子検出器に至る経路において、電場によって偏向させられ、エネルギー毎に電子検出器の異なる位置に入力される。この場合、電子検出の位置情報と光電子のエネルギーとが関連付けられるため、電子検出器における高い位置検出性能が要求されることとなる。

図１に示すように、荷電粒子検出器１は、マイクロチャネルプレート２と、マルチダイノード３と、アノード４とを備えて構成されている。本実施形態では、マイクロチャネルプレート２、マルチダイノード３、及びアノード４は、いずれも円盤状をなしている。荷電粒子検出器１は、不図示の外部電源及びブリーダ回路に対して電気的に接続されている。ブリーダ回路により、マイクロチャネルプレート２、マルチダイノード３、及びアノード４には、所定の電位勾配をもって電圧が印加される。印加される電圧は、アノード４が最も高く、次いで、マルチダイノード３、マイクロチャネルプレート２の出力面２ｂの順となっている。

マイクロチャネルプレート２は、電子（荷電粒子）が入力される入力面２ａと、入力面２ａに対する電子の位置情報を維持しながら電子の入力に基づく電子増倍（二次電子増倍）を行う一対の増倍部５Ａ，５Ｂと、増倍部５Ａ，５Ｂによって増倍された電子を出力する出力面２ｂとを有している。増倍部５Ａ，５Ｂのそれぞれは、互いに独立した複数のマイクロチャネル構造を有する二次電子増倍部である。増倍部５Ａ，５Ｂでは、複数のマイクロチャネル構造が二次元配列されている。

増倍部５Ａ，５Ｂの各チャネルは、１０μｍ程度の内径を有し、入力面２ａの法線方向（電子の入力方向）に対して１０°程度傾斜している。増倍部５Ａと増倍部５Ｂとでは、各チャネルの傾斜方向が反転している。増倍部５Ａ，５Ｂでは、入力面２ａ側に対して出力面２ｂ側が高電位となっている。入力面２ａへの電子の到達に応じて発生した電子は、増倍部５Ａ，５Ｂで増倍され、当該増倍された電子が出力面２ｂから出力される。

マルチダイノード３は、マイクロチャネルプレート２から出力された電子を増倍する電極である。マルチダイノード３の各チャネル（各ダイノード１２）では、電子増倍の際に増倍された電子の量に応じて電流が発生する。この電流値を各チャネルからの検出信号として取り出すことで、電子検出の位置情報を取得することができる。

マルチダイノード３は、図１に示すように、マイクロチャネルプレート２の出力面２ｂ側で、出力面２ｂと平行に配置されている。マルチダイノード３は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１上に設けられた複数のダイノード１２とを有している。絶縁基板１１は、例えばセラミックス基板、ガラスエポキシ基板などによって構成され、電気的絶縁性を有している。

ダイノード１２は、出力面２ｂから出力された電子を増倍する部分である。本実施形態では、ダイノード１２は、図２に示すように、ストライプ状の分割パターンをもって絶縁基板１１上に配置されている。ダイノード１２の分割パターンは、例えばエッチングによって形成することができる。各ダイノード１２は、マルチダイノード３の平面視において、一方向に所定の幅で延在している。各ダイノード１２は、リード線１４（図１参照）を介して上述のブリーダ回路及び出力カップリング回路に電気的に接続されている。

隣り合うダイノード１２，１２は、所定の間隔をもって離間している。これにより、隣り合うダイノード１２，１２間の領域は、ダイノード１２が配置されないデッドスペースであり、絶縁基板１１が露出することによる絶縁領域１３となっている。図２の例では、ダイノード１２がストライプ状の分割パターンをもって絶縁基板１１上に配置されているため、絶縁領域１３の配置パターンは、ストライプ状のパターンとなっている。

ダイノード１２は、図３に示すように、電極層１５及び増倍層１６によって構成されている。電極層１５は、例えば銅箔電極であり、絶縁基板１１上に積層されている。電極層１５の表面には、金フラッシュ処理が施されていてもよい。増倍層１６は、例えばＭｇＯ、ＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などの二次電子放出材料によって構成され、電極層１５上に積層されている。増倍された電子の放出による増倍層１６の電子欠乏は、下地である電極層１５からの電子供給で中和される。

電極層１５の厚さＴ１は、増倍層１６の厚さＴ２よりも大きくなっている。電極層１５の幅Ｆ１及び増倍層１６の幅Ｆ２は、いずれもダイノード１２，１２間の絶縁領域１３の幅Ｄよりも十分に大きくなっている。本実施形態では、増倍層１６の幅Ｆ２は、電極層１５の幅Ｆ１よりも小さくなっている。これにより、ダイノード１２を厚さ方向から見た場合に、電極層１５の幅方向の両縁部は、増倍層１６から露出した状態となっている。

アノード４は、マルチダイノード３の各ダイノード１２で増幅された電子を収集し、マルチダイノード３側に逆戻りすることを防止する役割を持つ電極である。アノード４は、図４に示すように、ダイノード１２によって増倍された電子を収集する収集部２１と、出力面２ｂから出力された電子をダイノード１２側に通過させる開口部２２とを有する、いわゆるメッシュ型アノードとなっている。アノード４は、図１に示すように、出力面２ｂとマルチダイノード３との間の空間領域に配置されている。図１の例では、アノード４は、出力面２ｂとマルチダイノード３との中間位置Ｃよりもマルチダイノード３側となる位置で、出力面２ｂ及びマルチダイノード３と平行に配置されている。

収集部２１は、マルチダイノード３におけるダイノード１２の分割パターン（すなわち、絶縁領域１３の配置パターン）に対応するパターンで配置されている。図４の例では、収集部２１の配置パターンは、ダイノード１２のストライプ状の分割パターンに対応し、ストライプ状のパターンとなっている。収集部２１の幅Ｗは、絶縁領域１３の幅Ｄ（図３参照）以上となっている。

アノード４は、収集部２１の幅方向の中心と、絶縁領域１３の幅方向の中心とが一致するように、出力面２ｂとマルチダイノード３との間の空間領域に配置されている。これにより、出力面２ｂからの電子ｅ１の出力方向Ｚ（図１参照）から見た場合に、絶縁領域１３の全体が収集部２１と重なった状態となっている。絶縁領域１３の全体が収集部２１と重なることで、出力面２ｂからの電子ｅ１が絶縁領域１３に入射することを抑制できる。

出力面２ｂとマルチダイノード３との間の空間領域にアノード４が配置されない場合、ダイノード１２の二次電子面（増倍層１６の表面）から放出された電子がマルチダイノード３側に逆戻りすることが生じ得る。この場合、マルチダイノード３側に逆戻りした電子は、二次電子面に再入射し、吸収される。二次電子面に吸収された電子は、ダイノード１２からの検出信号として取り出されないため、ダイノード１２において二次電子放出材料が持つ本来の電子増倍能が発揮されず、荷電粒子検出器１のダイナミックレンジの向上が難しくなることが考えられる。

これに対し、荷電粒子検出器１では、出力面２ｂとマルチダイノード３との間の空間領域にアノード４が配置されている。アノード４の配置により、図１に示すように、ダイノード１２の二次電子面から放出された電子ｅ２が収集部２１によって収集され、マルチダイノード３側への逆戻りを抑制できる。したがって、ダイノード１２の実質的な電子増倍率を高めることが可能となり、荷電粒子検出器１のダイナミックレンジを向上できる。

アノード４から出力される検出信号は、理論的にはマルチダイノード３の各ダイノード１２からの検出信号の総和と等しくなる（ただし、アノード４から検出信号の極性は、各ダイノード１２からの検出信号の極性に対して反転する）。したがって、アノード４から出力される検出信号は、各ダイノード１２における電子のカウントエラー（数え落とし）の検出に用いることができる。カウントエラーの検出により、Ｘ線光電子分光法における測定精度の担保が図られる。

収集部２１の幅Ｗは、電子ｅ１の出力方向Ｚにおけるアノード４とマルチダイノード３との間の距離によって調整してもよい。マイクロチャネルプレート２の出力面２ｂから出力される電子ｅ１は、一定の拡がり角をもってマルチダイノード３側に進行する。このため、アノード４の位置がマイクロチャネルプレート２に近い程、アノード４の収集部２１の幅Ｗを小さくしてもよい。

ただし、アノード４がマイクロチャネルプレート２に過度に近接すると、出力面２ｂからの電子ｅ１が直接アノード４に収集されてマルチダイノード３に到達しなくなるおそれがある。本実施形態では、この点を考慮してアノード４が出力面２ｂとマルチダイノード３との中間位置Ｃよりもマルチダイノード３側に配置されている。したがって、収集部２１の幅Ｗは、絶縁領域１３の幅Ｄよりも大きくなっていることが好ましい。

絶縁領域１３と収集部２１との配置関係に関し、荷電粒子検出器１では、図５に示すように、出力面２ｂから出力された電子ｅ１の拡がり角をθ、ダイノード１２の高さ（電極層１５の厚さＴ１と増倍層の厚さＴ２との合計）をｈ、絶縁領域１３の幅をＤ、アノード４（の底面）からダイノード１２の底面までの距離をＹとした場合に、収集部２１の幅Ｗは、Ｗ＝２（Ｙ－ｈ）ｔａｎθ＋Ｄを満たしている。

図５において、収集部２１のうち、出力面２ｂからの電子の出力方向Ｚから見た場合にダイノード１２と重なる部分の幅をωとすると、当該幅ωは、ω＝（Ｙ－ｈ）ｔａｎθとなる。収集部２１の幅Ｗは、Ｗ＝２ω＋Ｄとなることから、上記式を導出できる。このような配置関係を満たすことにより、出力面２ｂから出力された電子の拡がり角θに対し、電子が絶縁領域１３に入射することをより確実に抑制できる。

開口部２２は、出力面２ｂから出力された電子をマルチダイノード３側に通過させる部分である。開口部２２の配置パターンは、図４に示すように、ダイノード１２の配置パターンに対応するストライプ状のパターンとなっている。開口部２２によるアノード４の開口率は、例えばダイノード１２の幅（ここでは電極層１５の幅Ｆ１）に応じて適宜設定される。アノード４の開口率は、例えばダイノード１２の幅が大きくなるほど大きくなるように設定される。ダイノード１２の幅が１．０ｍｍである場合、アノード４の開口率は、例えば８０％程度に設定される。ダイノード１２の幅が２．０ｍｍである場合、アノード４の開口率は、例えば９０％程度に設定される。

以上説明したように、荷電粒子検出器１では、マイクロチャネルプレート２の出力面２ｂから出力する電子の出力方向Ｚから見て、マルチダイノード３における絶縁領域１３の全体がアノード４の収集部２１と重なっている。このため、出力面２ｂからの電子が絶縁領域１３に入射することを抑制でき、絶縁領域１３に帯電が生じることを防止できる。これにより、容量結合によるダイノード１２，１２間のクロストークの発生を抑えることができる。また、絶縁領域１３の帯電を防止することで、ダイノード１２，１２間のクロストークの発生を抑えることに加え、入射電子の軌道が変化することを防止する効果、及び放電による疑似信号の発生を防止する効果も奏される。したがって、荷電粒子検出器１では、マルチダイノード３からの検出信号を安定して取得できる。荷電粒子検出器１をＸ線光電子分光法における電子検出器に適用した場合、電子検出器として高い位置検出性能を発揮させることができる。

荷電粒子検出器１では、アノード４は、出力面２ｂとマルチダイノード３との中間位置Ｃよりもマルチダイノード３側に配置されている。これにより、マルチダイノード３の各ダイノード１２で増倍された電子をアノード４で効率的に収集できる。したがって、実質的な電子増倍率を高めることが可能となり、荷電粒子検出器１のダイナミックレンジを向上できる。

荷電粒子検出器１では、ダイノード１２は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１上に設けられた電極層１５及び増倍層１６によって構成されている。また、増倍層１６の幅Ｆ２は、電極層１５の幅Ｆ１よりも小さくなっている。このような構成によれば、増倍層１６が絶縁基板１１から遠ざかることで、ダイノード１２，１２間の容量結合を防止できる。したがって、ダイノード１２，１２間のクロストークの発生を一層確実に抑えることができる。

荷電粒子検出器１では、出力面２ｂから出力された電子の拡がり角をθ、ダイノード１２の高さをｈ、絶縁領域１３の幅をＤ、アノード４からダイノード１２の底面までの距離をＹとした場合に、収集部２１の幅Ｗは、Ｗ＝２（Ｙ－ｈ）ｔａｎθ＋Ｄを満たしている。このような条件を満たすことで、拡がり角θをもって出力面２ｂから出力した電子が絶縁領域１３に入射することをより確実に抑制できる。

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、収集部２１の幅方向の中心と絶縁領域１３の幅方向の中心とが一致するようにアノード４とマルチダイノード３とが位置決めされているが、出力面２ｂからの電子の出力方向から見た場合に、絶縁領域１３の全体が収集部２１と重なった状態であれば、収集部２１の幅方向の中心と絶縁領域１３の幅方向の中心とが必ずしも一致していなくてもよい。

上記実施形態では、マルチダイノード３における各ダイノード１２の高さが一定となっているが（図１参照）。ダイノード１２毎に高さが異なるものであってもよい。例えばＸ線光電子分光法では、エネルギー毎に電子検出器における電子の検出位置が変わるように光電子の飛行軌道が制御される。二次電子放出材料の二次電子放出比は、一次電子のエネルギーに応じて変化するため、電子検出器としての荷電粒子検出器１では、マイクロチャネルプレート２において、入力面２ａに入力される電子のエネルギーに応じたゲインの面内分布が生じ得る。

一方、マイクロチャネルプレート２の出力面２ｂからマルチダイノード３までの間を飛行する電子のように、二次電子放出材料に入射する一次電子のエネルギーが同じである場合、ゲインに寄与する二次電子放出材料の特性は、材料に固有であるため、二次電子放出材料の厚さに応じて見かけの二次電子放出比が変化する。したがって、ダイノード１２毎に高さ（厚さ）を異ならせることで、マイクロチャネルプレート２におけるゲインの面内分布をマルチダイノード３側で補正することが可能となる。

上記実施形態では、ダイノード１２がストライプ状の分割パターンをもって絶縁基板１１上に配置されているが、ダイノード１２の分割パターンは、種々の変形を適用可能である。ダイノード１２の分割パターンは、例えば図６（ａ）に示すように、マルチダイノード３の外部を原点とする円弧状のパターンであってもよい。Ｘ線光電子分光法では、光電子が電子検出器としての荷電粒子検出器１に到達するときのエネルギー分布は、図６（ａ）のような外部を原点とする円弧状の分布となる。したがって、ダイノード１２の分割パターンを光電子のエネルギー分布に一致させることで、電子検出の位置情報を精度良く取得することが可能となる。

ダイノード１２の分割パターンは、図６（ｂ）に示すように、マルチダイノード３の中心を原点とする同心円状のパターンであってもよく、図６（ｃ）に示すように、マルチダイノード３の中心周りに分割（ここでは４分割）された扇状のパターンであってもよい。

アノード４における収集部２１の配置パターンも図６（ａ）～図６（ｃ）の変形にしたがって変形し得る。図６（ａ）に示すダイノード１２の分割パターンに対しては、収集部２１の配置パターンは、図６（ａ）の絶縁領域１３に対応し、図７（ａ）に示すように、マルチダイノード３の外部を原点とする円弧状のパターンを採り得る。図６（ｂ）に示すダイノード１２の分割パターンに対しては、収集部２１の配置パターンは、図６（ｂ）の絶縁領域１３に対応し、図７（ｂ）に示すように、マルチダイノード３の中心を原点とする同心円状のパターンを採り得る。図６（ｃ）に示すダイノード１２の分割パターンに対しては、収集部２１の配置パターンは、図６（ｃ）の絶縁領域１３に対応し、図７（ｃ）に示すように、マルチダイノード３の中心を通る十字状のパターンを採り得る。

アノード４は、開口部２２に掛け渡される補助収集部２５を更に有していてもよい。補助収集部２５は、例えばエッチングにより収集部２１と一体に形成することができる。図８では、図４に示したストライプ状のパターンを有する収集部２１に補助収集部２５を適用したアノード４の一例を示す。図８の例では、ストライプ状に配置された収集部２１に対して直交する方向に補助収集部２５が等間隔で配置されている。アノード４に補助収集部２５を設ける場合、マルチダイノード３の各ダイノード１２で増倍された電子をアノード４でより効率的に収集できる。

アノード４に補助収集部２５を設ける場合、補助収集部２５の幅Ｗａは、収集部２１の幅Ｗよりも小さくなっていてもよい。こうすることで、アノード４からマルチダイノード３への電子の透過性を維持しつつ、マルチダイノード３の各ダイノード１２で増倍された電子をアノード４で効率的に収集できる。

補助収集部２５の形状（平面形状）は、直線状或いは曲線状に限られず、例えば図９に示すようなハニカム形状を採用してもよい。図９では、図７（ｃ）に示した十字状のパターンを有する収集部２１にハニカム形状の補助収集部２５を適用したアノード４の一例を示す。このような形状においても、図８の場合と同様に、アノード４からマルチダイノード３への電子の透過性を維持しつつ、マルチダイノード３の各ダイノード１２で増倍された電子をアノード４で効率的に収集できる。また、補助収集部２５をハニカム形状とすることで、補助収集部２５の幅Ｗａを収集部２１の幅Ｗに比べて細くした場合であっても、補助収集部２５の強度を十分に確保することができる。

荷電粒子検出器１は、アノード４とマルチダイノード３とを位置決めする位置決め機構３１を有していてもよい。図１０は、アノード及びマルチダイノードの位置決め機構を含めた荷電粒子検出器の構成例を示す模式的な一部断面図である。図１０に示すように、位置決め機構３１は、マイクロチャネルプレート２側の第１の端部電極３２Ａと、マルチダイノード３側の第２の端部電極３２Ｂとを含んで構成されている。そして、アノード４及びマルチダイノード３は、第１の端部電極３２Ａと第２の端部電極３２Ｂとによって挟み込まれた状態でネジ固定されている。

より具体的には、図１０の例では、マイクロチャネルプレート２、マルチダイノード３、及びアノード４の組み立てにあたって、マイクロチャネルプレートのＩＮ側電極３３及びＯＵＴ側電極３４と、複数の絶縁スペーサ３５と、基板電極４０とが用いられている。ＩＮ側電極３３及びＯＵＴ側電極３４は、環状をなし、マイクロチャネルプレート２を挟むように配置されている。

絶縁スペーサ３５は、環状をなし、ＯＵＴ側電極３４とアノード４との間、アノード４とマルチダイノード３との間、及びマルチダイノード３と基板電極４０との間にそれぞれ配置されている。基板電極４０は、円盤状をなし、マルチダイノード３と基板電極４０との間の絶縁スペーサ３５の外側に配置されている。ＩＮ側電極３３は、第１の端部電極３２Ａに相当しており、基板電極４０は、第２の端部電極３２Ｂに相当している。

ＩＮ側電極３３、ＯＵＴ側電極３４、絶縁スペーサ３５、マルチダイノード３、アノード４のそれぞれの縁部には、固定ネジＳ１を挿通可能な挿通孔３６と、位置決めネジＳ２を挿通可能な挿通孔３７とが設けられている。基板電極４０の縁部には、固定ネジＳ１が螺合するネジ孔３８と、位置決めネジＳ２が螺合するネジ孔３９とが設けられている。これらの部材の組み立てを行う場合、まず、基板電極４０のネジ孔３９に位置決めネジＳ２を螺合する。位置決めネジＳ２を支柱とし、挿通孔３７に位置決めネジＳ２を通すことで、ＩＮ側電極３３、ＯＵＴ側電極３４、アノード４、マルチダイノード３を基板電極４０上に重ねる。

マルチダイノード３及びアノード４の挿通孔３７（挿通孔３７Ａ）の孔径は、ＩＮ側電極３３及びＯＵＴ側電極３４の挿通孔３７（挿通孔３７Ｂ）の孔径よりも小さくなっている。したがって、ＩＮ側電極３３及びＯＵＴ側電極３４は、位置決めネジＳ２によって位置決めされるのに対し、アノード４及びマルチダイノード３は、位置決めネジＳ２によって精度良く位置決めされる。

次に、マイクロチャネルプレート２をＩＮ側電極３３とＯＵＴ側電極３４との間に配置する。また、絶縁スペーサ３５をＯＵＴ側電極３４とアノード４との間、アノード４とマルチダイノード３との間、及びマルチダイノード３と基板電極４０との間にそれぞれ配置する。その後、ＩＮ側電極３３側から各部材の挿通孔３６に固定ネジＳ１をそれぞれ挿通し、固定ネジＳ１の先端を基板電極４０のネジ孔３８に螺合する。これにより、マルチダイノード３及びアノード４を精度良く位置決めした状態で各部材の組み立てが完了する。組み立て後、位置決めネジＳ２については取り外してよい。

以上のような位置決め機構３１によれば、アノード４とマルチダイノード３とを簡便に位置決めできる。この結果、マルチダイノード３の絶縁領域１３とアノード４の収集部２１との配置関係を設計どおりに精度良く合わせることが可能となる。

上記実施形態では、荷電粒子検出器１として、電子検出器を例示したが、本開示の荷電粒子検出器は、例えばイオン検出器といった他の用途に適用することも可能である。荷電粒子検出器をイオン検出器として用いる場合、検出器に入力されるイオン（荷電粒子）である。入力されたイオンは、マイクロチャネルプレートにおいて二次電子に変換され、結果として出力されるのは電子である。

１…荷電粒子検出器、２…マイクロチャネルプレート、２ａ…入力面、２ｂ…出力面、３…マルチダイノード、４…アノード、５Ａ，５Ｂ…増倍部、１２…ダイノード、１３…絶縁領域、１５…電極層、１６…増倍層、２１…収集部、２２…開口部、２５…補助収集部、３１…位置決め機構、３２Ａ…第１の端部電極、３２Ｂ…第２の端部電極、Ｃ…中間位置。

Claims (7)

1. 荷電粒子が入力される入力面と、前記入力面に対する前記荷電粒子の位置情報を維持しながら前記荷電粒子の入力に基づく電子増倍を行う増倍部と、前記増倍部によって増倍された電子を出力する出力面と、を有するマイクロチャネルプレートと、
   前記出力面から出力された前記電子を増倍する複数のダイノードと、前記ダイノード間に位置する絶縁領域と、を有するマルチダイノードと、
   前記出力面と前記マルチダイノードとの間の空間領域に配置され、前記ダイノードによって増倍された電子を収集する収集部と、前記出力面から出力された電子を前記マルチダイノード側に通過させる開口部と、を有するアノードと、を備え、
   前記出力面からの前記電子の出力方向から見た場合に、前記絶縁領域の全体が前記収集部と重なっている荷電粒子検出器。
2. 前記アノードは、前記出力面と前記マルチダイノードとの中間位置よりも前記マルチダイノード側に配置されている請求項１記載の荷電粒子検出器。
3. 前記アノードは、前記開口部に掛け渡される補助収集部を更に有する請求項１又は２記載の荷電粒子検出器。
4. 前記補助収集部の幅は、前記収集部の幅よりも小さくなっている請求項３記載の荷電粒子検出器。
5. 前記ダイノードは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に設けられた電極層及び増倍層によって構成され、
   前記増倍層の幅は、前記電極層の幅よりも小さくなっている請求項１～４のいずれか一項記載の荷電粒子検出器。
6. 前記出力面から出力された電子の拡がり角をθ、前記ダイノードの高さをｈ、前記絶縁領域の幅をＤ、前記アノードから前記ダイノードの底面までの距離をＹとした場合に、前記収集部の幅Ｗは、Ｗ＝２（Ｙ－ｈ）ｔａｎθ＋Ｄを満たしている請求項１～５のいずれか一項記載の荷電粒子検出器。
7. 前記アノードと前記マルチダイノードとを位置決めする位置決め機構を有し、
   前記位置決め機構は、前記マイクロチャネルプレート側の第１の端部電極と、前記マルチダイノード側の第２の端部電極と、を含み、
   前記アノード及び前記マルチダイノードは、前記第１の端部電極と前記第２の端部電極とによって挟み込まれた状態でネジ固定されている請求項１～６のいずれか一項記載の荷電粒子検出器。

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