JP4624556B2

JP4624556B2 - 高分解能荷電粒子エネルギー検出ミラー分析システム及びその使用方法

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Publication number: JP4624556B2
Application number: JP2000560602A
Authority: JP
Inventors: ダウベン，ピーター，エー．; ワルドフライド，カルロ; マキャボイ，タラ，ジェイ．; マシィルロイ，デービット，エヌ．
Original assignee: University of Nebraska
Current assignee: University of Nebraska
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2019-07-13
Also published as: US6184523B1; JP2002520800A; WO2000004569A1; EP1097466A1; EP1097466A4

Description

（技術分野）
本発明は、概して、荷電粒子エネルギーを検出する円筒ミラー分析計に関し、詳細には、特定バンドのエネルギーを有する荷電粒子を、１つの段のみが使用される場合に可能なものと比べて改善された分解能で検出することができる、容易に位置決め可能な、コンパクト型・高分解能荷電粒子エネルギー検出・連続複段式伸縮自在型小径円筒ミラー分析システムに関する。
【０００１】
（背景技術）
特定のエネルギー（すなわち、粒子エネルギー）を有する荷電粒子の検出を可能とするための円筒ミラー分析計の使用は、公知である。一般的に、円筒ミラー分析計は、これに受入角度範囲内の角度で入った一定のエネルギー範囲内のエネルギーを伴う荷電粒子（この一定のエネルギー範囲外のエネルギーを伴う荷電粒子ではない。）が、これから出て、検出器に導かれるようにする。円筒ミラー分析計を通過した荷電粒子の検出器における存在は、その荷電粒子が一定のエネルギー範囲内のエネルギーを有しており、かつ、円筒ミラー分析計に対して受入角度範囲内の角度で入ったことの“カウント的”表示である。操作パラメータ（例えば、後述する印加電圧）は、ユーザにより調節可能であり、よって、比較的に固定されたジオメトリの円筒ミラー分析システムを通過した後に検出することができる“エネルギー−荷電粒子−導入角度”の組合せを選択することが可能である。
【０００２】
円筒ミラー分析計が、一般的には、有限長さの、伸長された、同心の、本質的に管状の２つの（すなわち、外側及び最中心の）要素を含んで構成され、典型的には、これら２つの有限長さの伸長された同心の本質的管状要素は、関数的な、本質的には、等しい長さであることは、本発明の理解を助けるために理解すべきである。これら２つの伸長された同心の本質的管状要素のそれぞれは、必要ではないが好ましくは、その断面が本質的に環状であり、同心の本質的管状最中心要素は、荷電粒子が、使用時においてこの同心の本質的管状最中心要素の第１及び第２の端部の孔を夫々通過して、前記外側及び最中心の伸長された同心の本質的管状要素の間に形成される環状空間に入りかつ出ることができるように、その長手方向に関して反対側の両端部近傍に管状壁を貫通する孔を有する。
【０００３】
外側及び最中心の同心の本質的管状要素の間には、これらの間の前記形成された環状空間に電界が作用し、前記伸長された同心の本質的管状最中心要素の管状壁の第１の端部を貫通する前記孔を介して、あるエネルギーに関連した速度及び軌道角度でこの環状空間に入った荷電粒子が、この環状空間を介する及びその外部におけるそれらの更なる軌道を案内されるように、電圧が印加される。２つの伸長された同心の本質的管状要素の印加電圧（及び、大まかには、前記第１の孔から本質的管状最中心要素の壁部を貫通する第２の孔までの距離）により決定される範囲内のエネルギー（すなわち、速度）を有して入った荷電粒子は、外側及び最中心の本質的管状要素の間の前記環状空間を、伸長された同心の本質的管状最中心要素の長手方向に関して反対側の（例えば、第２の）端部において、この伸長された同心の本質的管状最中心要素の壁部を貫通する第２の孔を介して出るように、案内される。一般的には、荷電粒子を検出するための検出器が配設され、この出た荷電粒子を捕らえる。環状空間に入らなかったか、受入角度範囲外の角度で入ったか又は“検出”範囲（印加電圧と、伸長された同心の本質的管状最中心要素の壁部を貫通する前記第１及び第２の孔の間の距離とにより決定される。）外のエネルギーを有する荷電粒子は、この伸長された同心の本質的管状最中心要素の前記反対側の（すなわち、第２の）長手方向端部において前記壁部を貫通する前記孔を介して環状空間を出るために、それらの軌道を案内されることはない。代わりに、そのような“検出”範囲外のエネルギーを有する荷電粒子などは、典型的には、例えば、伸長された同心の本質的管状外側要素の本質的に管状の壁部の内表面や、あるいは、伸長された同心の本質的管状最中心要素の本質的に管状の壁部の外表面に衝突する。荷電粒子が受入角度範囲内の入口軌道角度を有すると仮定すれば、検出”範囲内のエネルギー（すなわち、質量、荷電量及び速度）を有しかつ同一性のある環状空間に入った粒子のみが、円筒ミラー分析計を通過して示された検出器に到達することを、期待することができる。また、ある一定の荷電量の荷電粒子を検出するために検出器に案内される荷電粒子のエネルギーの“検出”範囲は、２つの（外側及び最中心の）同心の本質的管状要素に印加される電圧及びその結果として前記環状空間に形成される電界の調節により、ユーザが容易に決定することができる。このことは、２つの（外側及び最中心の）同心の本質的管状要素に印加される電圧が実用範囲を超えて連続的に調節可能であるので、伸長された同心の本質的管状最中心要素の壁部の第１及び第２の孔の間の固定された物理的距離とは、適度な範囲で拘わりない問題である。荷電粒子は、質量と関連を有しており、また、ある電界中を移動する荷電粒子の軌跡は、その荷電粒子の質量により影響を受けるため、円筒ミラー分析計は、飛行時間型分圧真空計と同様な、荷電度合いが知られている場合の質量分析計としても採用することができることに留意される。
【０００４】
円筒ミラー分析計により分析可能な高エネルギー荷電粒子の代表的な無限ソースは、オージェ光電子放出と、低エネルギー陽イオン散乱システムとを含む。つまり、陽電荷及び陰電荷を伴う双方の粒子を検出することが可能である。荷電粒子の特に適切なソースは、電子、光子及びイオンのビームなどの高エネルギー励起源により衝撃されるようにした材料サンプルシステムである。この衝撃する粒子、すなわち、光子と、材料サンプルシステムとの間の相互作用の結果として、荷電粒子は、この材料サンプルシステムから放出される。
【０００５】
近年までは、典型的な公知の円筒ミラー分析計は、大規模で扱い難く、また、固定して設置するか又はかさばる位置制御装置に設置する必要があった。このことは、高分解能荷電粒子エネルギー検出を達成するには、大径の伸長された同心の本質的管状要素（すなわち、外側及び最中心）が不可欠であると考えられていたゆえの問題であった。しかしながら、Ｄｏｗｂｅｎ等に対する１９９６年の特許第５５４１４１０号は、直径及び寸法が比較的に減少された単一通路式円筒ミラー分析計を開示しており、この寸法の減少された単一通路式円筒ミラー分析計は、この寸法の減少された単一通路式円筒ミラー分析計の、検出されるべき荷電粒子（この荷電粒子のエネルギーが調査される。）が存在する位置への差込み及びその位置からの引出しが、例えば、蛇腹式線形動作フィードスルー手段を利用して容易に遂行されうるように、フランジ装着型線形動作フィードスルーに容易に取り付けることができる。この場合の調整は、当時存在していた円筒ミラー分析システムに対して主要な利点及び改善を提供することに留意されている。さらに、‘４１０号特許に記載されているシステムにおける典型的な外側及び最中心の同心の本質的管状要素は、同心の本質的管状外側要素について３０〜５０ｍｍの範囲内であり、同心の本質的管状最中心要素について１５〜４０ｍｍの範囲内である。‘４１０号特許の円筒ミラー分析システムの長さは、およそ４５ｍｍであると記載されている。‘４１０号特許のシステムは、単一通路式円筒ミラー分析計の長手方向位置に関して４２度１８．５分の最適な受入角度に方向付けられた軌道に沿って入る荷電粒子を受けるために、寸法が設定されていることにも留意されている。さらに、‘４１０号特許の単一通路式円筒ミラー分析システムは、外側及び最中心の有限長さの伸長された同心の本質的管状要素の第１及び第２の端部にほぼ一致するように配置された第１及び第２の端部を有する円筒ハウジングをさらに含んで構成され、この円筒ハウジングは、前記同心の本質的管状外側要素の外側かつその周囲に、同中心的に配置されることに留意されている。円筒ハウジングは、その第１の端部において、荷電粒子の進入を許容するために設けられるアパーチャを有して提供される、典型的には、円錐状のキャップをさらに含んで構成されている。‘４１０号特許の単一通路式円筒ミラー分析計の第２の端部においては、荷電粒子が進入することができる位置に伸縮自在な単段式円筒ミラー分析システムを操作する際に使用するためのマニピュレータが設けられている。このマニピュレータは、使用時において蛇腹式線形動作フィードスルーに取り付けることができ、また、全体的なアセンブリは、コンフラット式フランジを含め、７０〜２００ｍｍの範囲の直径を有する真空フランジに装着することが可能である。
【０００６】
上記‘４１０号特許の寸法が減少された単段式の単一通路式円筒ミラー分析計の利益は、（真空系におけるその取付け及び位置決めの容易さに焦点を当てれば）顕著であるが、その使用により典型的に達成されうるよりも高い荷電粒子エネルギー検出分解能が望まれることが分かっている。本発明は、単段式の、コンパクトな、小径の、伸縮自在な円筒ミラー分析計が採用される場合に可能なものと比べて改善された分解能で荷電粒子エネルギーの検出を行う、コンパクトで、小径で、高い荷電粒子エネルギー検出分解能の、“複数の連続した段の”伸縮自在型円筒ミラー分析システムにより、上記高い荷電粒子エネルギー検出分解能が達成されることを教示する
さらに、それ程妥当ではないが、‘４１０号特許において引用されている公知特許には、Ｇｅｒｌａｃｈ等及びＧｅｒｌａｃｈに夫々発行された特許第４０４８４９８号及び第４２０５２２６号、Ｆｒｏｈｎ等に発行された特許第５０９９１１７号がある。
【０００７】
比較的には適当でないが、本発明者が認識している他の特許は、Ｗａｔｓｏｎに発行された特許第３７８３２８０号である。このＷａｔｓｏｎの‘２８０号特許には、図５が、一対の内側（６２）及び外側（６３）の同軸円筒管状電極が設けられた典型的な円筒ミラー二重通路構造を示すことが、特に明らかにされている。荷電粒子が通過することのできる複数の孔（６１）、（６５）、（６８）及び（６９）が、連続的な内側の円筒管状電極に設けられていることに留意される。図５の全体的な構造を通過する荷電粒子は、ほぼ完全な正弦状サイクルの軌跡をたどること、及び、そのような荷電粒子は、孔（６１）又は孔（６８）を介して入ったために、内側の（６２）及び外側の（６３）同軸円筒管状電極の間の環状空間で同じ電界を経由すること、にさらに留意されている。つまり、Ｗａｔｓｏｎの‘２８０号特許には、内側の電極（６２）が、その長さ全体に渡って電気的に不連続であることを示すものは、何ら存在しない。
【０００８】
Ｌｉｅｂｌに発行された特許第３９３５４５３号及び第３９４９２２１号は、円筒ミラーシステムにおける複数の電極の存在を開示しているが、これらの複数の電極は、単一通路構造に形成されている。
本発明者が認識している円筒ミラーシステムを開示する他の特許は：
第４７６９５４２号（Ｒｏｃｋｅｔｔ）、
第４２１８６１７号（Ｃａｚａｕｘ）、
第３７６１７０７号（Ｌｉｅｂｌ）、
第４５９３１９６号（Ｙａｔｅｓ）、
第４８６０２２４号（Ｃａｓｈｅｌｌ等）、
第５０３２７２３号（Ｋｏｎｏ）、及び
第４８４９６４１号（Ｂｅｒｋｏｗｉｔｚ）である。
【０００９】
粒子エネルギー分析用円筒ミラー及び／又は分析、又はその使用について開示する、本発明者が認識している科学文献は：
１．「A Novel Design For A Small Retractable Cylindrical Mirror Analy-zer 」，Mcllroy, Dowben & Ruhl, J. Vac. Sci. Technol. B, 13(5) Sep/Oct 1995 である。このリファレンスは、単一通路式システムを開示しており、内側の円筒電極が、大地電位に保持されている。
【００１０】
２．「Angle-Resolving Photoelectron Energy Analyzer: Mode Calculations, Ray-Tracing, Analysis and Performance Evaluation」, Stevens et al., J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 32 (1983) である。
３．「Analysis Of The Energy Distribution In Cylindrical Electron Spe-ctrometers」, Aksela, The Review of Scientific Instruments, Vol. 42, No. 6, (1971)である。
【００１１】
４．「An Electrostatic Mirror Spectrometer With Coaxial Electrodes For Multi-Detector Operation 」, Wannberg, Nuclear Instruments and Methods, 107 (1973) である。
５．「Cylindrical Capacitor As An Analyzer* I. Nonrelativistic Part 」, Sar-El, The Review of Scientific Instruments, Vol. 38, No. 9, (1967)である。
【００１２】
６．「Internal Scattering In A Single Pass Cylindrical Mirror Analysis」, Bakush et al., J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 74, (1995) である。
７．「On The Image Properties Of An Electro-Static Cylindrical Electr-on Spectrometer 」, Karras et al., Annals Academiae Scientiarum Fennicae, (1968)である。
【００１３】
８．「Criterion For Comparing Analyzers 」, Sar-El, The Review of Sci-entific Instruments, Vol. 41, No. 4, (1969) である。
９．「Adsorption And Bonding Of Molecular Icosahedra On Cu(100) 」, Z-eng et al., Surface Science, 313 (1994) である。
本願は、一般的には、上記‘４１０号特許（ここに、参照により組み込まれる。）とともに所有されることに留意される。ここでの開示におけるクレームには、接地された内側円筒電極の限定を伴わずに、単段式（すなわち、単一通路式）の、コンパクトな、小径の、伸縮自在型円筒ミラー分析計に焦点を当てたものもあることが明らかである。
【００１４】
（発明の開示）
本発明の好ましい形態は、コンパクトで、小径で、高分解能荷電粒子エネルギー検出型の、複数（２つ）の連続した段の、伸縮自在な円筒ミラー分析システムである。本発明は、使用時において、単段式の円筒ミラー分析計のみが設けられる場合に可能なものと比べて改善された分解能で荷電粒子エネルギーの検出を可能とする。
【００１５】
本発明に係る複数の連続段（第１段及び第２段）のそれぞれは、円筒ミラー分析計であって、
ａ）内表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有する略管状の外側要素と、
ｂ）外表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有し、該第１及び第２の端部の双方の近傍に該管状壁を貫通する孔を設けた、前記外側要素に対して同心に配置された略管状の最中心要素であって、前記外側要素の管状壁の内表面と、該最中心要素の管状壁の外表面との間に環状空間が形成されるように、前記外側要素の内部に設けられた最中心要素と、
ｃ）前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれにおいて前記外側及び最中心の略管状要素の間の前記環状空間に独立に電界を形成可能に、各円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに電気的ポテンシャルを印加する手段と、を含んで構成される。
【００１６】
第１段の円筒ミラー分析計の第２の端部は、第２段の円筒ミラー分析計の第１の端部に取り付けられる。使用時において、前記外側及び最中心の略管状要素の間の前記環状空間に、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において管状壁を貫通する孔を介して取り込まれた荷電粒子は、前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により電気的ポテンシャルを印加することにより発生する電界により決定される軌道を有し、また、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第２の端部において前記最中心要素を貫通する孔を介して、この第１段の円筒ミラー分析計の環状空間から出る。そして、この荷電粒子は、前記外側及び最中心の略管状要素の間の環状空間に、前記第２段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において管状壁を貫通する孔を介して入り、前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により電気的ポテンシャルを印加することにより発生する電界により決定される軌道を有し、また、前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部において、前記最中心要素を貫通する孔を介して前記第２段の円筒ミラー分析計の環状空間から出る。
【００１７】
前記第１段の円筒ミラー分析計に取り込まれた荷電粒子は、この荷電粒子が、ユーザが設定したエネルギー検出範囲内のエネルギーを有し、かつ、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の前記第１の端部において管状壁を貫通する前記孔を通過するために、前記第１段の円筒ミラー分析計に対して受入角度範囲内の角度で接近した場合にのみ、前記第２段の円筒ミラー分析計を出ることが理解されるであろう。前記エネルギー検出範囲は、少なくとも部分的には、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれにおいて前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに印加される前記電気的ポテンシャルにより決定される。
【００１８】
本発明に係る連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムは、少なくとも第３段の円筒ミラー分析計をさらに含んで構成することができ、前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部がこの第３段の円筒ミラー分析計の第１の端部に取り付けられて、システムを形成する。同様にして、第４、第５などの段を付加することも可能であるが、これらの段は、２段より多くの段により提供される改善分解能の利益に有益性があるとは判断されなかったため、通常は、利用されない。
【００１９】
使用時において、本発明に係る連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムが有する、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により印加される電気的ポテンシャルは、前記第２段の円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により印加される電気的ポテンシャルと比べて同一の及びこれとは異なるものからなるグループから選択される。前記第１段の円筒ミラー分析計の環状空間の電界は、第２段の円筒ミラー分析計の環状空間の電界と比べて同一の及びこれより大きな及び小さなものからなるグループから選択されたものとなる。典型的な印加にあっては、連続する段の環状空間における電界は等しくなるが、連続する段における異なる電界の使用がより高い荷電粒子検出分解能を可能とすることも分かっている。
【００２０】
本発明に係る連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムのすべての段は、第１及び第２の端部を有する円筒ハウジングをさらに含んで構成される。ある１つの段に対応する円筒ハウジングは、前記外側要素の外側の周囲に、外側要素及び最中心要素に対して同中心的に配置される。前記複数の連続段のうち少なくとも第１の連続段の円筒ハウジングは、その第１の端部において、荷電粒子の入口を形成するための略中央に配置されたアパーチャ（例えば、スリット）を有して設けられるキャップ（典型的には円錐状であり、以下「キャップ」という。）をさらに含んで構成される。円筒ハウジング（及びキャップ）のすべては、磁界を遮断するミューメタルから造られるのが好ましく、円筒ハウジング及びキャップの両方が設けられる場合には、前記要素は、連続する単一構造体とするか又は２つの結合要素とすることが可能であることに留意される。
【００２１】
本発明に係る連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムの重要な特徴は、前記複数の連続段のうち最終の連続段の第２の端部が、円筒ミラー分析システムを荷電粒子が前記第１の連続段に入ることができる位置に操作するためのマニピュレータを、さらに含んで構成されることである。特に、前記マニピュレータには、ベローズ駆動型の線形モーションフィードスルーにより運動を伝達することができる。
【００２２】
本発明に係る連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムの代表的な寸法を洞察すると、各段における外側要素は、典型的には、３０〜５０ｍｍの範囲の内径を有し、設けられるすべての外側要素は、必要ではないが典型的には、同じ内径を有する。同様に、設けられるすべての最中心要素は、典型的には、１５〜４０ｍｍの範囲の外径を有し、設けられるすべての最中心要素は、必要ではないが典型的には、同じ外径を有する。現在までに実際に動作する本発明システムでは、段ごとの長さが、４５ｍｍのオーダーで構成されていた。さらに、本発明に係る円筒ミラー分析システムの各段は、典型的には、最中心要素の入口アパーチャ前に、ミリメートルの公称値で、５〜１０ｍｍの焦点距離を有することに留意される。
【００２３】
前述のように、本発明に係る連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムの、前記複数の連続段のうち最終の連続段の第２の端部のマニピュレータは、線形モーションフィードスルーであり、蛇腹式動作源に付加的に取り付けられ及びこれにより駆動される。本発明の全構成要素を組み立てた結果、７０〜２００ｍｍ（すなわち、２．７５〜８インチ）の範囲の内径を有する真空フランジに容易に装着可能であり、この真空フランジは、コンフラット式とすることができる。
【００２８】
荷電粒子エネルギーの改善された検出分解能を提供する荷電粒子の検出方法は、
ａ）後述のようにして円筒ミラー分析システムを提供するステップと、
ｂ）前記マニピュレータの操作により、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記第１の端部を、検出されるべきエネルギーの荷電粒子近傍に位置させるステップと、
ｃ）荷電粒子が円筒ミラー分析システムのうち前記第１段の円筒ミラー分析計に入り、そのすべての段を進み及びその最終段を出て、もって、検出器への入力が可能となるように、円筒ミラー分析計の各段の環状空間に電界を発生させるステップと、を含んで構成される。
【００２９】
前記荷電粒子エネルギーの検出方法には、円筒ミラー分析システムのうち異なる段の環状空間に、同様であるか又は異なる電界を発生させるステップを含めることが可能である。後述のように、異なる段において異なる電界を利用することにより、荷電粒子エネルギー検出分解能を改善することができる。
【００３０】
前記方法には、蛇腹式動作源により適宜に駆動される線形モーションフィードスルーにより、前記マニピュレータの運動を付加することにより、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記第１の端部を荷電粒子近傍に位置させるステップを含めることも可能である。
本発明は、添付の図面とともに本明細書の詳細な説明の項を参照して、より理解することができるであろう。
【００３１】
（発明の要旨）
従って、本発明の第１の目的は、連続複段式の高エネルギー検出分解能伸縮型円筒ミラー分析システムを教示することである。
（発明を実施するための最良の形態）
ここで、図面を参照すると、図１には、本発明に係る円筒ミラー分析システムＰＩの外部斜視図が示されている。マニピュレータ手段ＭＰと、磁界の影響を遮断するように作用する外部のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵと、磁界を遮断するミューメタルから造られるのが好ましいキャップＣＣと、が示されている。キャップＣＣにはアパーチャＡが設けられており、使用時において荷電粒子はこのアパーチャを通って入ることが可能である。便宜的に、図２は、ベローズ駆動型の線形モーションフィードスルーに取り付けられた本発明に係る円筒ミラー分析システムＰＩの側面図を示している。
【００３２】
図２には、本発明に係る２段（ＳＳ１）（ＳＳ２）式の円筒ミラー分析システムＰＩが示されており、その機能が表されている。
本発明に係るこの複数の連続段ＳＳ１，ＳＳ２のそれぞれは、円筒ミラー分析計であって、ａ）内表面と第１（Ｅ１）及び第２（Ｅ２）の端部とを伴う管状壁を有する略管状の外側要素（本質的管状外側要素）ＣＯと、ｂ）管状壁と第１（Ｅ１）及び第２（Ｅ２）の端部とを有し、該第１（Ｈ１）及び第２（Ｈ２）の端部の双方の近傍に該管状壁を貫通する孔を設けた、外側要素ＣＯに対して同心に配置された略管状の最中心要素（本質的管状最中心要素）ＣＣＭであって、前記本質的管状外側要素の管状壁の内表面と、前記本質的管状最中心要素の管状壁の外表面との間に環状空間ＡＳが形成されるように、前記本質的管状外側要素ＣＣの内部に設けられた、本質的管状最中心要素ＣＣＭと、ｃ）前記同心の外側（ＣＯ）及び最中心（ＣＭＭ）の本質的管状要素の間の前記環状空間ＡＳに電界を形成すべく、前記同心の外側（ＣＯ）及び最中心（ＣＣＭ）の本質的管状要素のそれぞれに電気的ポテンシャルＶ１，Ｖ２を印加するための手段と、を含んで構成される円筒ミラー分析計である。
【００３３】
第１段の円筒ミラー分析計の第２の端部ＳＥは、第２段の円筒ミラー分析計の第１の端部ＦＥに取り付けられる。使用時において、荷電粒子（ｅ−）は、前記同心の外側（ＣＯ）及び最中心（ＣＣＭ）の本質的管状要素の間の前記環状空間ＡＳに、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記本質的管状最中心要素ＣＣＭの第１の端部において管状壁を貫通する孔Ｈ１を介して取り込まれ、前記同心の外側（ＣＯ）及び最中心（ＣＣＭ）の本質的管状要素に前記手段により電気的ポテンシャル（第１の電圧Ｖ１）を印加することにより発生する電界により決定される軌道を有し、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記本質的管状最中心要素ＣＣＭの第２の端部ＳＥにおいて前記本質的管状最中心要素ＣＣＭを貫通する孔Ｈ２を介して、前記第１段の円筒ミラー分析計の環状空間から出る。そして、この荷電粒子は、前記同心の外側（ＣＯ’）及び最中心（ＣＣＭ’）の本質的管状要素の間の環状空間ＡＳ’に、前記第２段の円筒ミラー分析計ＳＳ２の前記本質的管状最中心要素ＣＣＭの第１の端部Ｅ１’において管状壁を貫通する孔Ｈ１’を介して入り、前記同心の外側（ＣＯ’）及び最中心（ＣＣＭ’）の本質的管状要素に前記手段により電気的ポテンシャル（第２の電圧Ｖ２）を印加することにより発生する電界により決定される軌道を有し、前記第２段の円筒ミラー分析計ＳＳ２の第２の端部Ｅ２’において前記本質的管状最中心要素ＣＣＭ’を貫通する孔Ｈ２’を介して、前記第２段の円筒ミラー分析計ＳＳ２の環状空間から出る。仮に、孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ１’及びＨ２’がないとすれば、荷電粒子（ｅ−）は、環状空間ＡＳ及びＡＳ’に入ることができない。図示のように、孔Ｈ１において前記第１段の円筒ミラー分析計ＳＳ１に取り込まれた荷電粒子（ｅ−）は、その荷電粒子（ｅ−）が、ユーザが設定したエネルギー検出範囲内のエネルギーを有し、かつ、前記第１段の円筒ミラー分析計ＳＳ１の前記本質的管状最中心要素ＣＣＭの前記第１の端部Ｅ１において管状壁を貫通する前記孔Ｈ１を通過するために、前記第１段の円筒ミラー分析計ＳＳ１に対して受入角度範囲内の角度で接近した場合に、孔Ｈ２’を介して前記第２段の円筒ミラー分析計ＳＳ２を出る。このエネルギー検出範囲は、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計ＳＳ１，ＳＳ２のそれぞれにおいて、前記同心の外側（ＣＯ）及び最中心（ＣＣＭ）の本質的管状要素のそれぞれに印加される前記電気的ポテンシャルにより、少なくとも部分的に決定される。
【００３４】
本発明によると、同心の外側（ＣＯ）（ＣＯ’）又は最中心（ＣＣＭ）（ＣＣＭ’）の本質的管状要素のすべてを、外側のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵと電気的に連続させたり、これらのすべてを不連続としたり、または、１つを連続させかつ他を不連続としたりすることができることが強調される。このことは、図４に示される実施形態についても、同様に適用される。
【００３５】
図３は、本発明に係る好ましい２段（ＳＳ１）（ＳＳ２）式円筒ミラー分析システムＰＩの内部構造の側面断面図である。外側のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵと、アパーチャＡと、キャップＣＯと、第１段の円筒ミラー分析計（ＳＳ１）の本質的管状外側要素ＣＯと、前記管状壁を貫通する孔Ｈ１及びＨ２を有する、外側要素ＣＯに対して同心に配置された本質的管状最中心要素ＣＣＭと、第２段の円筒ミラー分析計（ＳＳ２）の本質的管状外側要素ＣＯ’と、前記管状壁を貫通する孔Ｈ１’及びＨ２’を有する、外側要素ＣＯ’に対して同心に配置された本質的管状最中心要素ＣＣＭ’と、が示されている。本質的管状外側要素ＣＯ及びＣＯ’は、外側のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵからの突起部に、サファイアオフセット等の絶縁手段Ｉを介して取り付けられていることに留意すべきである。ねじ付の結合ロッドＲ、背面板ＢＰ及び位置決めマニピュレータＭＰも典型的に示されている。キャップＣＣ及び背面板ＢＰは、外側のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵ又は、これらに締結手段を介して取り付けられる、分離手段と連続させることが可能であることが理解されるであろう。ＣＯ及びＣＭＭの間には、ＣＯ’及びＣＭＭ’の間に作用する電界に対して独立した電界が作用するように、図３において、本質的管状外側要素ＣＯ及びＣＯ’は、相互に電気的に不連続に示されている（それぞれが外側のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵに絶縁手段Ｉを介して固定されている）ことが、特に強調される。また、本質的管状最中心要素ＣＣＭ及びＣＣＭ’は、相互に電気的に連続であってもよいし、不連続であってもよい。図３は、外側及び最中心の本質的管状要素ＣＯ，ＣＯ’，ＣＣＭ及びＣＣＭ’のいずれの間にも電気的な連続性がない場合を表している。本発明に係る複数の段のうち異なる段において異なる又は同様な電界を独立に働かせることが可能であること、及び、使用時おいて、分離した管状要素ＣＯ，ＣＯ’，ＣＣＭ及びＣＣＭ’のうちいずれをも大地電位に又はこれより高いか若しくは低い電位に設定してよいことは、本発明の特徴を提供する顕著な利便である。
【００３７】
図３（及び４）の孔（すなわち、環状空間の“開口”ＣＣＨ又はＣＣＨ’手段）Ｈ１，Ｈ２，Ｈ１’及びＨ２’は、ＣＣＭ及びＣＣＭ’の端部からオフセットした位置に示されていることに留意される。図２は、このことが必要とされるものではないことを示している。
本発明に係る円筒ミラー分析システムの重要な特徴は、この円筒ミラー分析システムＰＩを、荷電粒子がその第１の連続段に入ることができる位置に操作するためのマニピュレータＭＰをさらに含んで、上記複数の連続段のうち最終の連続段（図３のＳＳ２）の第２の端部を構成することが可能なことである。このマニピュレータＭＰは、必要ではないが典型的には、外側のミューメタル保護円筒ハウジングＭＵに取り付けられるか又はこれと連続する基板ＢＰに取り付けられる。このマニピュレータＭＰを、ベローズ駆動型の線形モーションフィードスルーに取り付けるか又はその一部とすることが可能であることは、重要である（その機能を表す図２を参照）。
【００３８】
本質的管状外側要素（ＣＯ）（ＣＯ’）は、典型的には、３０〜５０ｍｍの範囲の内径を有し、また、本質的管状外側要素は、必要ではないが典型的には、同じ内径を有することに留意される。また、本質的管状最中心要素（ＣＣＭ）（ＣＣＭ’）は、典型的には、１５〜４０ｍｍの範囲の外径を有し、また、本質的管状最中心要素は、必要ではないが典型的には、同じ外径を有する。現在までに実際に動作する本発明システムは、１つの段（ＳＳ１）（ＳＳ２）当たり４．５ｃｍのオーダーで、かつ全体の外径がおよそ２．２５ｃｍで構成されている。さらに、本発明に係る円筒ミラー分析システムの各段は、最中心要素の入口アパーチャ前に、典型的には、公称値を６ｍｍとして、５〜１０ｍｍの焦点距離を有することに留意される。
【００３９】
前述のように、本発明に係る円筒ミラー分析システムの、複数の連続段のうち最終の連続段の第２の端部のマニピュレータは、線形モーションフィードスルーであり、蛇腹式動作源に適宜に取り付けられ及びこれにより駆動される（例えば、図２を参照）。本発明のすべての構成要素は、２０３ｍｍより小さい直径を有する真空フランジに容易に装着できるように構成することが可能であり、また、この真空フランジは、コンフラット式であってよい。
【００４０】
図６を参照すると、本発明にとって好ましい電気的バイアス制御及び検出器のスキームが示されている。本発明の一部を本来的に構成するものではないが、荷電粒子のソースＭＳＳと、この荷電粒子（電子又は陽イオンとすることができる。）を受けるように配向された、本発明に係る円筒ミラー分析システムＰＩと、が示されている（図面の混雑を減らすため、単段の構成要素ＰＩのみが示されており、適当な場合に、複数の前記構成要素の段がシステムＰＩに設けられると仮定すべきであることに留意する。）。さらに、本質的管状最中心要素（ＣＣＭ）（ＣＣＭ’）は、典型的には、大地電位に保持され、同心の本質的管状外側要素（ＣＯ）（ＣＯ’）は、電圧範囲をスイープされる。例えば、スイープジェネレータ３４が示されており、０．０〜１０ボルトの間の鋸刃状の電圧が形成され、レコーダ（図示せず）に参照出力が提供される。この鋸刃状の出力電圧は、０．０〜−１．５ＫＶにランプされた鋸刃状出力を発生する−１. ５ＫＶのＥＨＴ（extremely high tension）ジェネレータ３６を駆動し、その出力は、シグナルモジュレータ３８に供給される。シグナルモジュレータ３８は、周波数がおよそ５ＫＺの２０ボルトの正弦波状の信号で、ＥＨＴジェネレータの出力信号を調整する。この正弦波は、オシレータ３８により発生される。モジュレータ３８の出力は、本質的管状外側要素（ＣＯ）（ＣＯ’）と、増幅器４０とに供給される。これにより、荷電粒子流れの軌道３０は影響を受けるが、これについては後述する。商用チャネルトロン４２は、ＰＩを出た荷電粒子流れ３０を受け入れる。
【００４１】
チャネルトロン４２は、出力信号がアテニュエータ４６により減衰される２ＫＶのＥＨＴジェネレータ４４により発生された、０〜５００ボルトの直流信号を受ける。また、ＥＨＴジェネレータ４４は、２ＫＶの直流信号が重畳される変動カットプット信号を提供するチャネルトロン４２の出力に、その出力が接続される。このチャネルトロン４２の出力は、ここから直流成分を除去する信号調整器４８を通過する。出力信号は、増幅器４０から参照入力信号をも受けるロックイン増幅器５０に受け入れられる。ロックイン増幅器５０の出力信号は、実験結果の解析のためのレコーダ（図示せず）に送られる。
【００４２】
図７は、（図５に示すような）単段式バージョンの円筒ミラー分析システムを利用して得られたアルゴンＬＭＭオージェスペクトル粒子解析結果を示しており、一方、図８は、本発明に係る円筒ミラー分析システムの（図２及び３に示すような）２段式バージョンが採用された場合に、分解能が改善されることを示している。各プロットは、３つのエネルギーレベルにおいて得られた結果を示す。３つのスペクトルのうちおよそ２１０ｅＶのエネルギーに集中する特徴は、アルゴンオージェ電子に相当し、一方、スペクトルのうち１２０ｅＶ及び１５０ｅＶにおける特徴は、光子エネルギーが３７０ｅＶ及び４００ｅＶのときに夫々得られたものであり、アルゴンの２Ｐコア電子励起から生ずる。繰り返すと、留意すべき重要なことは、図８の結果が、ピーク（ＬＭＭ）幅の減少により明らかなように、改善された分解能を表していることである。
【００４３】
先に指摘した‘４１０号特許において述べたように、オージェスペクトルの分解能の限界は、原子ビーム実験から得られる信号が、原子ビームと光子ビームとの交差点にあるサンプルボリュームからのものである場合には、小径円筒ミラー分析計に固有のものである。それは、このような調査ボリュームの焦点長さが、表面領域の効果が調査される場合のようにはうまく形成されていないからである。これにより、スペクトル的な特徴が広がることとなり、分析計の器械的分解能に悪影響を及ぼす。しかしながら、分析計が一定のエネルギーモードで運転される場合には、ＬＭＭオージェ電子収率測定は、より高い器械的分解能で行われる。単一通路（段）式の小径円筒ミラー分析計が、一斉減少した寸法及び充分な器械的分解能を提供し、この組合せにより、線形動作フィードスルー（多用性が向上される。）装着用に適する荷電粒子分析計に多用性を持たせることが可能となることは、‘４１０号特許おいて、そこで述べられている単一通路（段）式の小径円筒ミラー分析計に関して推断されたことである。これと同様な結論は、本発明に係る２重通路の２段式小径円筒ミラー分析計についても適用することができる。しかしながら、本発明に係る２重通路の２段式小径円筒ミラー分析計は、‘４１０号特許において開示されたシステムに対してより高く改善された分解能を提供することも可能である。
【００４４】
本発明に係る使用方法は、本明細書の発明の開示の項で説明したので、ここでの説明は、省略する。
本発明の主題について説明したので、それらの教示を考慮すれば、本発明に係る多くの修正、代用又は変更が可能であることは明らかである。従って、本発明は、明示的に説明したもの限らず実施することができ、また、請求の範囲のみにより特定されることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続複段式の高荷電粒子エネルギー検出分解能伸縮型円筒ミラー分析システムの外部斜視図である。
【図２】ベローズ駆動型の線形モーションフィードスルーに取り付けられた本発明に係る円筒ミラー分析システムの側面図である。
【図３】２つの段を含んで構成される、本発明に係る好ましい円筒ミラー分析システムの内部要素の機能的な断面図である。
【図４】２つの段を含んで構成される、本発明に係る好ましい円筒ミラー分析システムの内部要素の断面図である。
【図５】１つの段を含んで構成される円筒ミラー分析システムの内部要素の断面図である。
【図６】本発明とともに使用される好ましい電気的バイアス制御及び検出器のスキーム回路図である。
【図７】単段式の円筒ミラー分析システムを利用して得られる様々なエネルギーでのＬＭＭオージェスペクトルを示す。
【図８】本発明に係る２段式の円筒ミラー分析システムを利用して得られる様々なエネルギーでのＬＭＭオージェスペクトルを示し、本発明に係る複段式システムにより分解能が改善可能であることを表している。

Claims

単段式の円筒ミラー分析計のみが設けられる場合に可能なものに比べて改善された分解能で荷電粒子エネルギーの検出を行う、連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出伸縮型円筒ミラー分析システムであって、
第１の端部及び第２の端部を夫々有する、連続した第１段及び第２段の円筒ミラー分析計を含んで構成され、
前記第１段の円筒ミラー分析計の第２の端部は、前記第２段の円筒ミラー分析計の第１の端部に接続され、
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれは、
ａ）内表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有する略管状の外側要素であって、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の外側要素の間に断続部を有し、これらの外側要素が該断続部において互いに電気的に絶縁された外側要素と、
ｂ）外表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有し、該第１及び第２の端部の双方の近傍に該管状壁を通ずる開口を設けた、前記外側要素に対して同心に配置された略管状の最中心要素であって、前記外側要素の管状壁の内表面と、該最中心要素の管状壁の外表面との間に環状空間が形成されるように、前記外側要素の内部に設けられた最中心要素と、
ｃ）前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれにおいて前記外側及び最中心の略管状要素の間の環状空間に独立に電界を形成可能に、各円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに電気的ポテンシャルを印加する手段と、
を含んで構成され、
前記荷電粒子が、ユーザが設定したエネルギー検出範囲内のエネルギーを有し、かつ、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において管状壁を通ずる開口を通過するために、前記第１段の円筒ミラー分析計に対して受入角度範囲内の角度で接近したことを条件として、
前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において前記環状空間に取り込まれた荷電粒子は、前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により電気的ポテンシャルを印加することにより発生する電界により決定される軌道を有し、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第２の端部において前記第１段の円筒ミラー分析計の環状空間から出た後、
前記第２段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において前記環状空間に入り、その軌道は、前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により電気的ポテンシャルを印加することにより発生する電界により決定され、前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部において前記第２段の円筒ミラー分析計の環状空間から出ることができ、
前記エネルギー検出範囲は、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに印加される前記電気的ポテンシャルにより、少なくとも部分的に決定されることを特徴とする円筒ミラー分析システム。
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計に加え、少なくとも第３段の円筒ミラー分析計をさらに含んで構成され、
該第３段の円筒ミラー分析段は、
第１の端部及び第２の端部を有するとともに、
ａ）内表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有する略管状の外側要素と、
ｂ）外表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有し、該第１及び第２の端部の双方の近傍に該管状壁を通ずる開口を設けた、該第３段の円筒ミラー分析計の外側要素に対して同心に配置された略管状の最中心要素であって、前記外側要素の管状壁の内表面と、該最中心要素の管状壁の外表面との間に環状空間が形成されるように、前記外側要素の内部に設けられた最中心要素と、
ｃ）前記外側及び最中心の略管状要素の間の環状空間に電界を形成すべく、前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに電気的ポテンシャルを印加する手段と、
を含んで構成され、
前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部が、前記第３段の円筒ミラー分析計の第１の端部に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第１段の円筒ミラー分析計の環状空間の電界が、前記第２段の円筒ミラー分析計の環状空間の電界と比較して同一であるか、それより大きいか又はそれより小さくなるように、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素に印加される電気的ポテンシャルは、前記第２段の円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素に印加される電気的ポテンシャルと同一であるか、又はこれとは異なることを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の外側要素は、前記手段により電気的ポテンシャルが印加されて、グランド電位、グランドより高電位又はグランドより低電位のポテンシャルを夫々有し、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれにおいて環状空間に電界が形成されるように、前記ポテンシャルは、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれにおける各対応の最中心要素に印加されるポテンシャルとは異なることを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計は、第１及び第２の端部を有する円筒ハウジングをさらに含んで構成され、
それぞれの段に対応する前記円筒ハウジングは、前記外側要素の外側の周囲に、前記外側要素及び前記最中心要素に対して同中心的に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第１段の円筒ミラー分析計の前記円筒ハウジングは、その第１の端部にキャップを有し、該キャップは、前記第１の端部に、前記第１段の円筒ミラー分析計に前記荷電粒子を取り込むためのアパーチャを形成することを特徴とする請求項５に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部に設けられ、円筒ミラー分析システムを、前記荷電粒子が前記アパーチャを介して前記第１段の円筒ミラー分析計に入ることができる位置に移動させるマニピュレータをさらに含んで構成される請求項６に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部に設けられ、円筒ミラー分析システムを、前記荷電粒子が前記第１段の円筒ミラー分析計に入ることができる位置に移動させるマニピュレータをさらに含んで構成され、
該マニピュレータは、ベローズ駆動型の線形モーションフィードスルーに取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記円筒ハウジングのそれぞれは、ミューメタルを材料とすることを特徴とする請求項５に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の前記外側要素をその外側から覆う円筒ハウジングをさらに含んで構成される請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記円筒ハウジングは、その内表面から前記外側要素の断続部に伸びる突起部を有し、
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の前記外側要素の間に、該突起部が介在することを特徴とする請求項１０に記載の円筒ミラー分析システム。
前記外側要素と前記円筒ハウジングの突起部との間に絶縁手段が設けられ、
前記外側要素は、該突起部に対し、前記絶縁手段を介して接触することを特徴とする請求項１１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記円筒ハウジングは、ミューメタルからなることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の円筒ミラー分析システム。
前記外側要素のそれぞれは、３０〜５０ｍｍの間の内径を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記外側要素は、それぞれが同じ内径を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記最中心要素のそれぞれは、１５〜４０ｍｍの間の外径を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記最中心要素は、それぞれが同じ外径を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部の前記マニピュレータは、線形モーションフィードスルーに取り付けられたことを特徴とする請求項７に記載の円筒ミラー分析システム。
７０〜２００ｍｍの範囲の内径を有する真空フランジに装着されたことを特徴とする請求項１８に記載の円筒ミラー分析システム。
前記真空フランジは、コンフラット型であることを特徴とする請求項１９に記載の円筒ミラー分析システム。
前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のうち少なくとも一方は、５〜１０ｍｍの焦点距離を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒ミラー分析システム。
特定エネルギーの荷電粒子の検出方法であって、
ａ）単段式の円筒ミラー分析計のみが設けられる場合に可能なものに比べて改善された分解能で荷電粒子エネルギーの検出を行う、連続複段式の高分解能荷電粒子エネルギー検出円筒ミラー分析システムを提供するステップであって、第１の端部及び第２の端部を夫々有する、連続した第１段及び第２段の円筒ミラー分析計を含んで構成され、前記第１段の円筒ミラー分析計の第２の端部は、前記第２段の円筒ミラー分析計の第１の端部に接続され、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれが、
１）内表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有する略管状の外側要素であって、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の外側要素の間に断続部を有し、これらの外側要素が該断続部において互いに電気的に絶縁された外側要素と、
２）外表面と第１及び第２の端部とを伴う管状壁を有し、該第１及び第２の端部の双方の近傍に該管状壁を通ずる開口を設けた、前記外側要素に対して同心に配置された略管状の最中心要素であって、前記外側要素の管状壁の内表面と、該最中心要素の管状壁の外表面との間に環状空間が形成されるように、前記外側要素の内部に設けられた最中心要素と、
３）前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計のそれぞれにおいて前記外側及び最中心の略管状要素の間の環状空間に独立に電界を形成可能に、各円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに電気的ポテンシャルを印加する手段と、を含んで構成され、
前記荷電粒子が、ユーザが設定したエネルギー検出範囲内のエネルギーを有し、かつ、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において管状壁を通ずる開口を通過するために、前記第１段の円筒ミラー分析計に対して受入角度範囲内の角度で接近したこと条件として、
前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において前記環状空間に取り込まれた荷電粒子は、前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により電気的ポテンシャルを印加することにより発生する電界により決定される軌道を有し、前記第１段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第２の端部において前記第１段の円筒ミラー分析計の環状空間から出た後、
前記第２段の円筒ミラー分析計の前記最中心要素の第１の端部において前記環状空間に入り、その軌道は、前記外側及び最中心の略管状要素に前記手段により電気的ポテンシャルを印加することにより発生する電界により決定され、前記第２段の円筒ミラー分析計の第２の端部において前記第２段の円筒ミラー分析計の環状空間から出ることができ、
前記エネルギー検出範囲は、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の前記外側及び最中心の略管状要素のそれぞれに印加される前記電気的ポテンシャルにより、少なくとも部分的に決定されるステップと、
ｂ）マニピュレータの操作により、前記第１段の円筒ミラー分析計の第１の端部を、エネルギーを検出すべき荷電粒子の近傍に位置させるステップと、
ｃ）前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の前記環状空間のぞれぞれに電界を発生させるステップと、
を含んで構成され、
所望の特定エネルギーの荷電粒子は、前記円筒ミラー分析システムの前記第１段の円筒ミラー分析計に入り、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計を通過して、検出器の入力に利用されることを特徴とする方法。
前記環状空間に電界を発生させるステップは、前記円筒ミラー分析システムの異なる段において、異なる大きさの電界を発生させることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
前記環状空間に電界を発生させるステップは、前記第１段及び第２段の円筒ミラー分析計の間で同じ大きさの電界を発生させることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
前記第１段の円筒ミラー分析計の第１の端部を荷電粒子の近傍に位置させるステップは、蛇腹式動作源を有する線形モーションフィードスルーにより、前記マニピュレータに動きを与えることを特徴とする請求項２２に記載の方法。