JP5479946B2 - マイクロチャンネルプレートアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、電子、イオン等のエネルギー線を検出するマイクロチャンネルプレートアセンブリに関する。

検出対象のイオンや電子等のエネルギー線の入射を受けて、電子増倍して出力する電子増倍素子の１つとしてマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）が使用されている。図１に示すように、マイクロチャンネルプレート２は、多数のチャンネル２２と呼ばれる直径数μｍ〜数十μｍ程度の孔を備えるガラス製のウエハ２１からなり、上面及び下面には、それぞれ導電膜２３、２４が蒸着されている。ここで、例えば、図面における上面を入力側、下面を出力側として、導電膜２３と導電膜２４間に出力側を高電位とする電圧を加えることで、各チャンネル２２は電子増倍機能を備えることになる。いずれかのチャンネル２２に上面側から入射したイオンや電子等は、チャンネルの内壁面に衝突して２次電子を生じ、増倍した２次電子はチャンネル２２の下面側から出射される。出射された２次電子は、マイクロチャンネルプレート２の下方に配置されたアノード等に入射して検出される。
マイクロチャンネル２は、このように多数のチャンネル２２を集合した構造であることから、小型化が必要な用途であれば、小さくカットして用いればよく、プレートとしてのサイズが変化しても性能や寿命が特段に影響されないことから、小型の装置に適していることもあり、近年、多く用いられてきている。
このようなマイクロチャンネルプレート２によるイオン、電子等のエネルギー線の検出装置が、特許文献１、特許文献２に記載されている。

特開２００５−３５１８８７号公報 米国特許第５７７０８５８号明細書

ところで、図１０に示すように、特許文献１や特許文献２の従来技術では、マイクロチャンネルプレート２に電圧Ｖ１を印加するために、電極が設置される。すなわち、マイクロチャンネルプレート２の上面側の外周部に接するように環状の入力電極３’が配置される。同様に、マイクロチャンネルプレート２の下面側には環状の出力電極４’が配置される。検出対象のイオンや電子等のエネルギー線は、環状の入力電極３’の平面視における中央部の空間３Ｓ’からチャンネル内に入射し、電子増倍した２次電子は、環状の出力電極４’の平面視における中央部の空間４Ｓ’から放出されて、下方のアノード９に捕集されて検出信号として出力される。
ところが、各電極３’、４’がマイクロチャンネル２を押さえるように接触するため、各電極３’、４’の内周端縁部３Ｅ’、４Ｅ’がマイクロチャンネルプレート２と接する箇所からノイズとなる電子が発生する。特に、その箇所がマイクロチャンネルプレート２のチャンネルが存在する有効面である場合、チャンネル内壁が電極による押圧力で痛められて発生する電子がノイズの原因となる。出力電極４’の内周端縁部４Ｅ’での接触部から発生した電子ｅ１がアノード９に入射するとノイズとなって本来の検出信号とともに、出力されることになる。また、入力電極３’の内周端縁部３Ｅ’での接触部で発生した電子に起因する電子ｅ２がマイクロチャンネルプレート２の下面から、アノード９に入射した場合もノイズとなって本来の検出信号とともに、出力されることになる。
本発明者は、従来のマイクロチャンネルプレートアセンブリのこのような不都合を知見するとともに、電極の構造を改良することによってこれらの不都合を解決できることを新たに見出し、本発明をなし得たものである。

特許文献１及び特許文献２にも、前記のとおりのノイズを電極構造によって解決することについては、何の記載もない。ただ、特許文献１には、図１１のように、入力電極３’、出力電極４’の内周端縁部３Ｅ’、４Ｅ’に上下方向における中央部が凸のテーパないしは丸みを形成したものが図示されている。これは、電極の製造上の都合かアセンブリの組み立て上の都合によるものと考えられ、ノイズ防止の点からすると、さらに次のような不都合が生じる。
すなわち、図１１のとおり、出力電極４’とマイクロチャンネルプレート２との接触部から発生する電子ｅ１がアノード９にノイズとなって入射することを、防止できないことに加え、例えば入力電極３’とマイクロチャンネルプレート２との接触部から発生した電子に起因する電子ｅ２が、出力電極４’の内周端縁部４Ｅ’の上向きのテーパ部に入射した際に、さらに２次電子ｅ３が発生して、アノード９にノイズとして入射する状況も発生する。一般に、金属材料内部で発生した２次電子は、発生箇所から飛び出す方向での表面までの距離がごく短い場合にしか外に飛び出すことができないが、図のように大きく傾斜した面では、上方からの距離としては比較的深い内部で発生した２次電子も短い距離で斜面から飛び出すことができることから、ノイズとなる２次電子の生じる可能性が高まる。

本発明は、図１０及び図１１に示した上記の問題を解決するためになされたものであり、電極とマイクロチャンネルプレートとの接触に伴って生じる電子に起因するノイズを低減することを目的とする。

本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリは、マイクロチャンネルプレートと、マイクロチャンネルプレートの一方の面の外周部上に配置され、平面視における中央部に検出対象のエネルギー線が入射される空間が形成される枠状の入力電極と、マイクロチャンネルプレートの他方の面の外周部上に配置され、平面視における中央部に電子増倍された２次電子が放出される空間が形成される枠状の出力電極とを備えるマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいて、出力電極は、マイクロチャンネルプレートに接触する第１枠状部と、第１枠状部と同心状であって、第１枠状部におけるマイクロチャンネルプレートとは反対側の面に設けられ、内周端縁部が第１枠状部の内周端縁部よりも平面視において内方に位置し、マイクロチャンネルプレート側の面における内周端縁から第１枠状部の内周端縁部に接続する箇所までの面はマイクロチャンネルプレートと平行な平坦面とされている第２枠状部とから構成されることを特徴とする。

本発明によれば、出力電極がマイクロチャンネルプレートと接触して配置されることで発生する電子を出力電極を構成する第２枠状部の平坦面によって吸収することで、ノイズを低減することができる。入力電極がマイクロチャンネルプレートと接触して配置されることで発生する電子に起因する電子についても、第２枠状部の平坦面に入射するものについては吸収することができる。

また、本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいては、第２枠状部の平坦面における内周端縁が、入力電極の内周端縁部がマイクロチャンネルプレートと接する箇所よりも、平面視において内方に位置する場合は、入力電極がマイクロチャンネルプレートと接触して配置されることで発生する電子に起因する電子を、出力電極がマイクロチャンネルプレートと接触して配置されることで発生する電子と同様に、第２枠状部の平坦面によって吸収することで、ノイズを低減することができる。

また、本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいては、第１枠状部の内周端縁部がマイクロチャンネルプレートと接する箇所が、入力電極の内周端縁部がマイクロチャンネルプレートと接する箇所よりも、平面視において内方に位置する場合は、入力電極がマイクロチャンネルプレートと接触して配置されることで発生する電子を、第１枠状部によって吸収することで、ノイズを低減することができる。

また、本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいては、入力電極は、マイクロチャンネルプレートに接触する第３枠状部と、第３枠状部と同心状であって、第３枠状部におけるマイクロチャンネルプレートとは反対側の面に設けられ、内周端縁部が第２枠状部の内周端縁部よりも平面視において内方に位置する第４枠状部とから構成される場合は、マイクロチャンネルプレートへの入射空間を、第２枠状部からの放出空間よりも狭くすることになる。これによって、マイクロチャンネルプレートにより増倍された２次電子の一部が第２枠状部に吸収されて、２次電子が信号として検出される際のゲインが不均一となることを防止できる。

また、本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいては、第３枠状部と第４枠状部、又は第１枠状部と第２枠状部とは一体に形成されている場合は、製造を同時に行うことができ、またアセンブリの組み立ても容易化される。

また、本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいては、出力電極は、第２枠状部の外周端縁部が第１枠状部の外周端縁部よりも平面視において内方に位置する場合は、出力電極の第１枠状部と第２枠状部の必要な機能を確保した上で、材料を節約し軽量化も図ることができる。

本発明によれば、マイクロチャンネルプレートアセンブリにおいて、電極とマイクロチャンネルプレートとの接触に伴って生じる電子に起因するノイズを低減することができる。

本発明のマイクロチャンネルプレートの斜視図である。 本発明の第１の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリの説明図である。 本発明の第１の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリを含む装置の概念図である。 本発明の第１の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリを含む装置の全体図である。 本発明の第１の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリの構成要素を示す展開図である。 本発明の第２の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリの説明図である。 本発明の第３の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリの説明図である。 本発明の第３の実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリの構成要素を示す展開図である。 本発明のさらに別の実施形態での出力電極の断面構造を示す図である。 本発明の従来技術のマイクロチャンネルプレートアセンブリの説明図である。 本発明の他の従来技術のマイクロチャンネルプレートアセンブリの説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明の各実施形態に共通するマイクロチャンネルプレート２を示す斜視図であり、平面視が円形の場合と矩形の場合を示している。図１（Ａ）では、チャンネル２２の断面を示すために一部を破断して描いている。概略の構造は上記の背景技術に記載したとおりであり、多数のチャンネル２２を備えるガラス製のウエハ２１からなっており、上面及び下面には導電膜２３，２４が蒸着されている。全体形状は平面視が円形の円盤状であって、例えば、直径が約２５ｍｍ、厚さが約０．３ｍｍのサイズである。
多数のチャンネル２２は、上下方向に対してバイアスと呼ばれる数度〜十数度程度の僅かな傾斜を有している、例えば直径約６μｍの孔によって形成される。この場合、直径が約６μｍで長さが約３００μｍであるから、マイクロチャンネルプレートの利得特性に関わるチャンネル径に対する長さの比で定義される規格化長（α）は、５０倍となる。

マイクロチャンネルプレート２の外周部には、孔の存在しないリムと呼ばれる無孔部分が存在している場合もある。その場合は、マイクロチャンネルプレート２の側壁部分はこの無孔部分によって電気的な絶縁が保たれている。そのような無孔部分が特に形成されていない場合は、チャンネル２２の管壁のみで絶縁を保つことになる。
導電膜２３、２４の材料は、インコネル（商標名）やニクロム（商標名）などのニッケル合金、ニッケルクロム合金が望ましいが、他の導電性の金属材料でもよい。導電膜２３、２４は、ウエハ２１の表裏の面の全面に蒸着して形成してもよく、あるいは外周部に形成しない部分を残してもよいが、もちろん、導電膜２３，２４が入出力電極と十分にコンタクトできる面積は必要である。また、導電膜２３、２４は、ウエハ２１の表裏の面から、各チャンネル２２の管内壁に、チャンネル２２の直径と同程度かその前後の長さだけ、延びて形成されている。
また、用途によっては、このような円盤状のマイクロチャンネルプレートを平面視で矩形（正方形又は長方形）に切断して、図１（Ｂ）のように、矩形の板状として使用される。

図２〜６は、本発明の第１実施形態であり、図２は、従来技術を説明した図１０、図１１に対応する説明図である。
マイクロチャンネルプレート２としては、ここでは、２枚のマイクロチャンネルプレート２−１、２−２を重ねて使用している。このマイクロチャンネルプレート２の上面の外周部上には、入力電極３が配置され、下面の外周部上には出力電極４が配置される。図１０、図１１と同様に、入力電極３及び出力電極４とも、平面視で中央部には、空間３Ｓ、４２Ｓが形成されるように、枠状とされている。
本発明において、枠状とは、平面視における中央部が空間となっていて、その空間を囲むように構成される形状を意味しており、マイクロチャンネルプレート２が平面視で円形であれば、各電極の内周及び外周は円形、すなわち環状とし、マイクロチャンネルプレート２が平面視で矩形であれば、各電極の内周及び外周も矩形とすることを基本としている。ただし、各電極の内周及び外周の形状は、必ずしも、マイクロチャンネルプレート２と全く同じ相似形である必要はない。

本実施形態において、出力電極４は、第１枠状部４１と第２枠状部４２とから構成されている。第１枠状部４１は、マイクロチャンネルプレート２の下面外周部に接触して設けられ、第２枠状部４２は、第１枠状部４１におけるマイクロチャンネルプレート２とは反対側の面、すなわち第１枠状部４１の下面上に設けられている。本実施形態では、出力電極４の第１枠状部４１は、内周及び外周の大きさとも入力電極３とほぼ同様とされている。一方、第２枠状部４２は、第１枠状部４１と同心状であって、内周が第１枠状部４１よりも小さくされている。
詳細に説明すると、第２枠状部４２の内周端縁部４２Ｅは第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅよりも平面視で内方に位置している。そして、第２枠状部４２のマイクロチャンネルプレート２側の面すなわち上面における内周端縁４２ＦＥから第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅに接続する箇所４２ＦＴまでの面はマイクロチャンネルプレート２と平行な平坦面４２Ｆとされている。図示の例では、第１枠状部４１、第２枠状部４２とも、内周端縁部４１Ｅ、４２Ｅは各枠状部の上面、下面と垂直に形成されている。
また、入力電極３との位置関係においては、第２枠状部４２における平坦面４２Ｆの内周端縁４２ＦＥが、入力電極３の内周端縁部３Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３ＥMよりも、平面視において内方に位置するようにされている。
入力電極３、出力電極４は、非磁性の鋼製であって、例えばSUS316Lのようなステンレス鋼製で、厚さが例えば約１ｍｍとされている。

図１０，１１の従来技術において説明したように、入力電極３と出力電極４の間に出力電極４側が高電位となるように電圧Ｖ１が印加されるものである。マイクロチャンネルプレート２の上面と下面には導電膜が形成されていることから、マイクロチャンネルプレート２の全体にわたって、上下方向に電位差Ｖ１が与えられることになる。また、第２枠状部４２の中央部の空間４２Ｓの下方には、アノード９が配置されており、出力電極４よりも高電位となるようにアノード９に電圧が印可される。

次に、この図２によって、本実施形態におけるノイズ低減の作用を述べる。
検出対象のイオンや電子等のエネルギー線が、入力電極３の中央部の空間３Ｓからマイクロチャンネルプレート２に入射すると、チャンネル内において内壁面に衝突して２次電子を生じる。増倍した２次電子は、出力電極４の第２枠状部４２の中央部空間４２Ｓから出射し、下方のアノード９で捕集されて検出信号として出力される。
ここで、出力電極４の第１枠状部４１がマイクロチャンネルプレート２を押さえるように接触していることから、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所４１ＥＭから下方に向けて、電子ｅ１が放射されて、アノード９に捕集されると、図１０，図１１で説明したように検出信号のノイズとなる。ところが、本実施形態では、出力電極４には第２枠状部４２が設けられており、その上面には平坦面４２Ｆが形成されていることから、ノイズとなる恐れのあった電子ｅ１は、平坦面４２Ｆで吸収されて、ノイズの発生を低減することができる。

また、入力電極３がマイクロチャンネルプレート２と接触することで、入力電極３の内周端縁部３Ｅがマイクロチャンネルプレート２に接する箇所３ＥＭで生じた電子によってマイクロチャンネルプレート２のチャンネル内で増倍された２次電子ｅ２が、マイクロチャンネルプレート２を通じて下方に放射された場合も、同様にノイズとなる恐れがある。もちろん、電子がマイクロチャンネルプレート２の下面から出射した箇所が出力電極４の第１枠状部４１が存在している箇所であれば、電子は第１枠状部４１で吸収されるが、電子の出射位置が、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所４１ＥＭよりも内方にずれていれば、下方に放出されることになる。
しかし、この場合も、第２枠状部の平坦面４２Ｆが存在することから、放出された電子は平坦面４２Ｆに吸収される。
しかも、この例のように、第２枠状部４２の内周端縁４２ＦＥが、入力電極３の内周端縁部３Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３ＥＭよりも、平面視において内方に位置させておけば、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接することで発生する電子ｅ１と同様に、電子ｅ２を確実に平坦面４２Ｆにおいて吸収することができる。

図３は、本実施形態の各電極３、４とマイクロチャンネルプレート２とからなるマイクロチャンネルプレートアセンブリを含む全体的な装置構成の概念図である。
図の上方から順に説明をすると、最上位には入力電極３や出力電極４と同様に平面視で中央部に空間を有する枠状のメッシュ電極５が配置される。
メッシュ電極５は、その下方のメッシュ６に電圧をかけるための電極である。メッシュ６は、導電性の金属で形成される微細な網状体であり、その下方のインシュレータ７と上方のメッシュ電極５によって挟持されている。インシュレータ７は、メッシュ電極５及びメッシュ６とその下方の入力電極３との間の電気的絶縁を確保するための絶縁体であり、平面視での中央部に空間を有している。
インシュレータ７の下方には、図２によって説明したとおり、入力電極３、マイクロチャンネルプレート２、さらに第１枠状部４１と第２枠状部４２からなる出力電極４が配置されている。その下方には、インシュレータ７と同様の枠形状の絶縁体からなり、場合によっては、後記のとおり、メッシュ電極５から出力電極４までの保持体の役割も兼ねることのできるホルダー８が配置されている。その下方には、アノード９が設置される。

メッシュ電極５は接地されることで、メッシュ６を接地電位としている。入力電極３には、例えばプラス又はマイナス１０ｋＶの範囲内で電圧を調整可能な高電圧電源Ｈｖが接続されている。これによって、入力電極３は、正又は負の適宜の電位に設定できる。入力電極３と出力電極４の間には、出力電極４側が高電位となるような電圧Ｖ１、例えば２ｋＶが印加される。また、出力電極４とアノード９との間には、アノード９側が高電位となるような電圧Ｖ２，例えば５００Ｖが印加される。
アノード９の回路には、図のとおりに、抵抗Ｒ、コンデンサＣが介装されており、アノード９に捕集された電子による信号をコンデンサＣの下流において検出するようにされている。

この装置をエネルギー線の質量分析計として使用する場合、メッシュ６は、各検出対象の粒子を加速部の下流において等速度で案内するドリフトチューブの出口の電位をドリフトチューブ入口と同じ接地電位に設定するためのもの、すなわちドリフトチューブの出口の電位設定のメッシュとして機能する。
検出対象のエネルギー線が負イオンや電子等の負の電荷の粒子であれば、入力電極３は正の電位とされ、負イオン等の粒子は、メッシュ６から入力電極３により正の電位を与えられたマイクロチャンネルプレート２の表面に向けて加速されて、チャンネルに入射する。
チャンネル内において、発生した２次電子は、電位差Ｖ１によって加速され、かつ電子増倍されてマイクロチャンネルプレート２から出射して、アノード９によって検出される。
また、検出対象が陽イオン等の正の電荷の粒子であれば、入力電極３は負の電位とされる。さらに、場合によっては、入力電極３は接地電位とされることもある。
マイクロチャンネルプレート２に入射した後の２次電子については、負の電荷の場合と同様である。
そして、信号検出の際に、出力電極４の第２枠状部４２の平坦面４２Ｆによって、ノイズの発生が抑制できることは、図２によって説明したとおりである。

次に、図４、図５によって、本実施形態のさらに具体化した装置を説明する。
図４は、本実施形態のマイクロチャンネルプレートアセンブリを含む装置の全体図であり、図５は、そのうちのマイクロチャンネルプレートアセンブリの構成要素を示す展開図である。
図４のとおり、全体装置１は、ベース１０とベース１０の中央上部に取り付けられたケース１１を備えている。ケース１１は、互いに螺合して組み立てられる下ケース１１１と上ケース１１２とから構成されている。上ケース１１２は、平面視における中央部は、空間部とされ、空間部を形成する内周縁部は、メッシュ電極５から連続的に拡大する空間部を形成するようなテーパ状となっている。
下ケース１１１の内部中央には、逆円錐台形状のアノード９が取り付けられている。
また、下ケース１１１の上部には、メッシュ電極５からホルダー８までが、図３で説明した順序で積層されている。なお、メッシュ６はメッシュ電極５とインシュレータ７の間に配置されるが、図示を省略している。
組み立ての際は、下ケース１１１の上にこれらの各要素を載置した後に、上ケース１１２を螺合すればよい。
そのため、図４に示す例では、マイクロチャンネルプレート２を含むメッシュ電極５からホルダー８までの各要素及び上ケース１１２、下ケース１１１の平面形状は円形の場合が適している。しかし、上ケース１１２を下ケース１１１に螺合させずに取り付けるものであれば、平面形状が矩形にも適用できることはいうまでもない。

なお、このようなケース１１を用いずに、メッシュ電極５からホルダー８までを積層して、ホルダー８とメッシュ電極５との間に複数本のボルトを通して、１つのアセンブリとして組み立てることもできる。その場合は、ホルダー８は文字通りの保持体としての機能を果たす。

図４の例では、ベース１０には、入力電極３と電源との電気的な接続を行うための高電圧端子１０inと、アノード９を出力回路に接続するための出力端子１０anoが設けられている。
また、下ケースには、貫通孔１１１ａ、１１１ｂが形成されて、それぞれの孔内に、入力電極３のコンタクトピン３ｂと接続する端子を備える配線、及び出力電極４と接続するための端子を備える配線を設けるようにしている。なお、出力電極４に接続される配線には、ブリーダー抵抗Ｒｂが介装されている。

図５も参照して各電極３、４、マイクロチャンネルプレート２、ホルダー８との関連構成を説明する。
入力電極３の下面には、その下方のマイクロチャンネルプレート２−１の上面側一部を嵌め込んで位置決めする凹部３ａと、その凹部３ａの底面周縁にはさらに溝３ａ１が形成されている。この溝３ａ１は、マイクロチャンネルプレート２−１の周縁部が入力電極３の凹部３ａの底面と接触して損傷を受けることを防止するための逃げの空間を構成する。
また、入力電極３の下面の一箇所には、円柱状の突起であるコンタクトピン３ｂが形成されており、最下部のホルダー８の孔８ａ内に突出し、下ケース１１１の貫通孔１１１ａを通して配置される配線の端子に接続される。
出力電極４は、第１枠状部４１と第２枠状部４２から構成され、これらが互いに重なるように接して配置される。第１枠状部４１の上面には、入力電極３の下面と同様に、凹部４１ａとその底面周縁部の溝４１ａ１が形成されている。凹部４１ａには、その上方のマイクロチャンネルプレート２−２の下面側一部が嵌め込んで位置決めされ、また、溝４１ａ１は、マイクロチャンネルプレート２−２の周縁部が第１枠状部４１の凹部４１ａの底面と接触して損傷を受けることを防止する。なお、図３、５、８以外の説明図においては、これらの凹部や溝の描画を省略している。
また、入力電極３の突起３ｂと出力電極４とが接触しないように、第１枠状部４１、第２枠状部４２には、それぞれ切欠き４１ｂ、４２ｂが形成されている。
最下部のホルダー８には、入力電極３との接続のための配線端子、及び出力電極４の接続のための配線端子を配置するための孔８ａ、８ｂが形成されている。これらの孔は、下ケースの貫通孔１１１ａ、１１１ｂと連通している。
ここで、入力電極３の下面に形成されたコンタクトピン３ｂは、出力電極４の第２枠状部４２の下面よりも下方まで延びて、その先端で高電圧電源Ｈｖと接続するための配線端子に接続される。そのため、組み立ての際に誤って、この高電圧電源Ｈｖと接続するための配線端子が出力電極４の第２枠状部４２と接続するための孔８ｂ、１１１ｂ側に配置されても、この端子は、第２枠状部の下面までは達しないから安全性が保たれる。

図６は、本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態は、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所４１ＥＭが、入力電極３の内周端縁部３Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３ＥＭよりも、平面視において内方に位置することのみで第１実施形態と相違する。
このように構成することにより、入力電極３がマイクロチャンネルプレート２と接触することで、入力電極３の内周端縁部３Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３ＥＭにおいて発生し、マイクロチャンネルプレート２内のチャンネルで増倍されてマイクロチャンネルプレート２下面から出射された電子ｅ２は、出力電極４の第１枠状部４１によって吸収され、ノイズとなることが防止できる。

図７は、本発明の第３実施形態を示す。本実施形態においては、入力電極３についても２つの枠状部から構成している。入力電極３は、マイクロチャンネルプレート２に接触する第３枠状部３１と、第３枠状部３１と同心状であって、第３枠状部３１におけるマイクロチャンネルプレート２とは反対側の面すなわち第３枠状部３１の上面に設けられる第４枠状部３２とから構成される。そして、この第４枠状部３２の内周端縁部３２Ｅは、出力電極４の第２枠状部４２の内周端縁部４２Ｅよりも平面視で内方に位置するようにされている。そのため、マイクロチャンネルプレート２へ検出対象のエネルギー線が入射する空間３２Ｓが、出力電極４の第２枠状部４２からの２次電子の出射空間４２Ｓよりも狭くなる。

このような入射面積を絞り込むような第４枠状部３２が無い場合、例えば図２に示すように広い入射空間３Ｓからマイクロチャンネルプレート２に入射したエネルギー線によって、マイクロチャンネルプレート２におけるほぼ同様の面積にわたって２次電子が発生する。このうちで、出力電極４の第２枠状部４２に干渉されることなく空間４２Ｓの中央部からアノード９に入射する部分では捕集される電子密度が高いのに対して、第２枠状部４２の内周端縁部４２Ｅやその近傍では２次電子の一部が第２枠状部４２に吸収されることで、アノード９に捕集される電子密度が低くなる。そのため、２次電子が信号として検出される際のゲインが不均一となってしまう。
第３実施形態においては、マイクロチャンネルプレート２への入射空間３２Ｓが出射空間４２Ｓよりも狭くされていることから、マイクロチャンネルプレート２からアノード９に向けて出射する２次電子が第２枠状部４２によって吸収されて、検出信号のゲインが不均一となることを防止できる。

図８は、第３実施形態における具体的な構成要素の展開図であり、第１実施形態における図５に対応する。図５との相違は、入力電極３が第３枠状部３１と第４枠状部３２とから構成されていることのみである。
なお、第３実施形態では、入力電極３の第３枠状部３１の内周端縁部３１Ｅと出力電極４の第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅとは、平面視でほぼ同じ位置にあり、図２の例に対応している。しかし、図６の例に対応させて、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所４１ＥＭが、入力電極３の第３枠状部３１の内周端縁部３１Ｅがマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３１ＥＭよりも、平面視において内方に位置するようにしてもよい。

本発明のいずれの実施形態においても、出力電極４の第１枠状部４１と第２枠状部４２とを一体に形成することができる。そうすれば、第１枠状部４１と第２枠状部４２とを別々に製造することやそれぞれの部品を個別に組み立てることが不要となる。また、入力電極３についても第３枠状部３１と第４枠状部３２とから構成する場合、これらを一体に形成することもできる。

また、本発明のいずれの実施形態においても、図９のように、出力電極４の第２枠状部４２の外周端縁部４２Ｕが第１枠状部４１の外周端縁部４１Ｕよりも平面視で内方に位置するようにしてもよい。第２枠状部４２においては、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅよりも内方部分の平坦面が機能を果たす部分であり、第１枠状部４１のようにマイクロチャンネルプレート２に接触して電圧をかける機能は必要でないことから、図９（Ａ）（Ｂ）のように、第２枠状部４２の外周部分を小さくした形状とすることで、材料を節約し軽量化も図ることができる。図９（Ａ）（Ｂ）では、第１枠状部４１と第２枠状部４２とを一体に形成したものを示しているが、別体としてもよい。
なお、図９（Ｂ）の場合は、第１枠状部４１と第２枠状部４２とを、第１枠状部４１の内周端縁部において中間部４ｍを介して接続しているが、これは、図９（Ａ）や図２等に示す出力電極４において、第１枠状部４１の機能上必要部分であるマイクロチャンネルプレート２への接触箇所と内周端縁部と、第２枠状部４２の機能上必要部分である平坦面部のみを薄手の板状体によって形成したものでもある。
この図９（Ｂ）の場合、さらに材料の節約や軽量化の利点が大きいとともに、金属板からプレス加工等の板金加工によって製造することも可能になる。
さらに、この図９（Ａ）（Ｂ）における例は、図７の第３実施形態における入力電極３の第３枠状部３１と第４枠状部３２とにおいても適用できる。

また、本発明のいずれの実施形態においても、マイクロチャンネルプレート２は２枚のマイクロチャンネルプレート２−１、２−１を重ねて使用することに替えて、枚数は１枚のみでもよく、３枚以上を重ねて使用してもよい。

また、本発明のいずれの実施形態においても、出力電極４の第１枠状部４１の厚さは、０．１ｍｍ程度以上あることが、第２枠状部４２との段差を明確にして第２枠状部の平坦面４２Ｆが機能する上で好ましい。そして、第１枠状部４１の厚さが０．１ｍｍの場合、第１枠状部４１がマイクロチャンネルプレート２と接する箇所４１ＥＭで発生する電子（入力電極３がマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３ＥＭで発生した電子に起因する２次電子が４１ＥＭ近傍から下方に放出される場合も同様である。）の広がりを考慮しても、第２枠状部４２の平坦面４２Ｆの幅が０．２ｍｍ程度あれば、広がって放出される電子の多くを平坦面４２Ｆで吸収することができる。そのため、平坦面４２Ｆの幅は、０．２ｍｍ程度以上であることが好ましい。
さらに、ノイズの原因となる電子が、第１枠状部４１がマイクロチャンネルプレート２と接する箇所４１ＥＭより、少し内側にずれて発生した場合や、入力電極３がマイクロチャンネルプレート２と接する箇所３ＥＭで発生した電子に起因する２次電子が、マイクロチャンネルプレート２のチャンネルの傾斜等の原因によって、上記４１ＥＭより内側にずれて放出される場合も考慮すると、平坦面４２Ｆの幅は、０．３ｍｍ程度以上あることが好ましい。

また、上記の各実施形態では、第１枠状部４１の内周端縁部４１Ｅ及び第２枠状部４２の内周端縁部４２Ｅは、各枠状部の上面、下面と垂直に形成しており、図１１で説明したような上向きの傾斜面による電子ｅ３の発生の防止の点からは、このように垂直とすることや逆に下向きの傾斜を付与することがより好ましい。しかし、本発明においては、電極３、４がマイクロチャンネルプレート２と接触することによって多くの箇所で発生する電子を平坦面４２Ｆによって吸収することができることから、内周端縁部４１Ｅ、４２Ｅの形状については上下方向の中央に凸の丸みやテーパを付与したものや上向きの傾斜面とされたものであってもよい。

また、上記の各実施形態では、第２枠状部４２の空間４２Ｓの下方には、アノード９を配置しているが、アノードではなく、シンチレータや次段階の電子増倍素子等であってもよく、要は検出対象のエネルギー線を最終的に信号として検出するものであれば、空間４２Ｓから出射される検出対象の２次電子にノイズが混入することを低減できる本実施形態の作用効果が達成できる。

また、上記の各実施形態では、メッシュ電極５とメッシュ６を備えているが、必ずしもこれらを備える必要はない。特に、上記したように、本発明のマイクロチャンネルプレートアセンブリを質量分析計として用いる場合に、メッシュ６はドリフトチューブの出口のメッシュとしての接地電位が与えられており、さらに入力電極３の電位も接地電位に設定するような場合には、メッシュ電極５とメッシュ６を省いて、入力電極３のみでドリフトチューブの出口の接地電位を兼ねて設定することができる。

また、本発明のいずれの実施形態においても、マイクロチャンネルプレート２は上記のとおり、平面形状が円形でも矩形でもよく、また、外周部分には無孔部分が形成されていてもよい。ただし、本発明は、上記のとおり、各電極３、４の内周端縁部がマイクロチャンネルプレート２と接する箇所で発生する電子によるノイズの低減を目的とするものであり、各電極３，４の内周端縁部が接するマイクロチャンネルプレート２の箇所が、チャンネルのある箇所である場合に、そこで電子が発生することが顕著である。そのため、マイクロチャンネルプレート２が外周部に無孔部分を有する場合、各電極３，４の内周端縁部が接する箇所がマイクロチャンネルプレート２の無孔部分より内側のチェンネルが存在する有効面内であることを想定している。ただし、当該箇所が無孔部分にかかる場合も、必ずしも本発明の範囲を外れるものではない。

１‥全体装置、１０‥ベース、１１‥ケース、２‥マイクロチャンネルプレート、２１‥ウエハ、２２‥チャンネル、２３、２４‥導電膜、３‥入力電極、３１‥第３枠状部、３２‥第４枠状部、４‥出力電極、４１‥第１枠状部、４２‥第２枠状部、４２Ｆ‥平坦部、５‥メッシュ電極、６‥メッシュ、７‥インシュレータ、８‥ホルダー、９‥アノード

Claims (7)

1. マイクロチャンネルプレートと、前記マイクロチャンネルプレートの一方の面の外周部上に配置され、平面視における中央部に検出対象のエネルギー線が入射される空間が形成される枠状の入力電極と、前記マイクロチャンネルプレートの他方の面の外周部上に配置され、平面視における中央部に電子増倍された２次電子が放出される空間が形成される枠状の出力電極とを備えるマイクロチャンネルプレートアセンブリにおいて、
   前記出力電極は、
   前記マイクロチャンネルプレートに接触する第１枠状部と、
   前記第１枠状部と同心状であって、前記第１枠状部における前記マイクロチャンネルプレートとは反対側の面に設けられ、内周端縁部が前記第１枠状部の内周端縁部よりも平面視において内方に位置し、前記マイクロチャンネルプレート側の面における内周端縁から前記第１枠状部の内周端縁部に接続する箇所までの面は前記マイクロチャンネルプレートと平行な平坦面とされている第２枠状部とから構成されることを特徴とするマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
2. 前記第２枠状部の前記平坦面における内周端縁が、前記入力電極の内周端縁部が前記マイクロチャンネルプレートと接する箇所よりも、平面視において内方に位置することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
3. 前記第１枠状部の内周端縁部が前記マイクロチャンネルプレートと接する箇所が、前記入力電極の内周端縁部が前記マイクロチャンネルプレートと接する箇所よりも、平面視において内方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
4. 前記入力電極は、
   前記マイクロチャンネルプレートに接触する第３枠状部と、
   前記第３枠状部と同心状であって、前記第３枠状部における前記マイクロチャンネルプレートとは反対側の面に設けられ、内周端縁部が前記第２枠状部の内周端縁部よりも平面視において内方に位置する第４枠状部とから構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
5. 前記第３枠状部と前記第４枠状部とは一体に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
6. 前記第１枠状部と前記第２枠状部とは一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
7. 前記出力電極は、前記第２枠状部の外周端縁部が前記第１枠状部の外周端縁部よりも平面視において内方に位置することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロチャンネルプレートアセンブリ。
   

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