JP7424578B2 - 撮像ユニット、質量分析装置、及び質量分析方法 - Google Patents

Description

本開示は、撮像ユニット、質量分析装置、及び質量分析方法に関する。

イメージ質量分析を行う装置として、位置情報及び質量情報を同時に測定することが可能な投影型質量分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような投影型質量分析装置によれば、試料に対するプローブビームの照射によって得られるイオン像を拡大投影できるため、走査型質量分析装置と比較して空間分解能を高めることができる。

特開２００７－１５７３５３号公報

上記特許文献１に開示された質量分析装置では、空間分解能だけではなく、質量分析の精度の向上も求められている。

そこで、本開示の一側面は、質量分析の精度を向上させることができる撮像ユニット、質量分析装置及び質量分析方法を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る撮像ユニットは、イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、イオン化試料に応じて電子を放出する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後段に配置され、マイクロチャンネルプレートから放出された電子に応じて光を発する蛍光体と、蛍光体の後段に配置され、蛍光体からの光を通過させて光を撮像する開状態と蛍光体からの光を遮蔽して光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備え、蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下である。

この撮像ユニットでは、蛍光体の残光時間が１２ｎｓ以下である。つまり、蛍光体の残光時間が短い。これにより、一のイオン化試料のタイミングと他のイオン化試料のタイミングとの間隔が短い場合においても、蛍光体は、一のイオン化試料に対応する残光の影響を受けずに、他のイオン化試料に対応する光を発することができる。これにより、イオン化試料に対応する光を精度良く発することができる。よって、この撮像ユニットによれば、質量分析の精度を向上させることができる。

撮像部は、シャッター機構を有するイメージインテンシファイアとイメージインテンシファイアの後段に配置される固体撮像素子とを有してもよい。これにより、イメージインテンシファイアによって蛍光体からの光を増幅させて、固体撮像素子に撮像させることができる。そのため、蛍光体からの光がごく微弱である場合においても、当該光を撮像することができる。また、イメージインテンシファイアのシャッター機構のシャッタースピードは、機械式のシャッター機構よりも速い。そのため、イメージインテンシファイアのシャッター機構を用いることにより、一の成分のタイミングと他の成分のタイミングとの間隔が短い場合においても、それぞれの成分に対応する光を好適に通過又は遮蔽することができる。

蛍光体の蛍光材料は、ＧａＮ、ＺｎＯ又はプラスチックシンチレータであってもよい。これにより、蛍光材料の残光時間を短くすることができる。これにより、上述したように、各成分に対応する光を精度良く発することができ、質量分析の精度を向上させることができる。

撮像ユニットは、蛍光体と撮像部とを光学的に接続する接続部、を更に備え、接続部は、レンズ又はファイバオプティカルプレートであってもよい。これにより、蛍光体からの蛍光を撮像部に適切に伝搬させることができる。

接続部は、ファイバオプティカルプレートであり、蛍光体は、ファイバオプティカルプレートにおける撮像部とは反対側の一方の面に形成され、ファイバオプティカルプレートにおける一方の面とは反対側の他方の面は、撮像部に接続されていてもよい。これにより、簡単な構成で蛍光体４２Ｃ及び撮像部４３を光学的に接続することができる。

本開示の一側面に係る質量分析装置は、上記の撮像ユニットと、試料が載置される試料台と、試料に対してエネルギー線を照射することで、試料の複数の成分の位置情報を維持したまま複数の成分をイオン化する照射部と、シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、成分毎のタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、複数の成分のそれぞれに対応する光を撮像部に撮像させる。

この質量分析装置では、試料の複数の成分の位置情報を維持したまま複数の成分をイオン化している。つまり、この質量分析装置は、投影型質量分析装置である。これにより、走査型質量分析装置と比較して質量分析の空間分解能を向上させることができる。また、制御部は、成分毎のタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、複数の成分のそれぞれに対応する光を撮像部に撮像させる。これにより、成分毎に光の撮像を行うことができる。そのため、１回の撮像における情報の量を抑制することができ、処理速度の低下を抑制することができる。よって、この質量分析装置によれば、質量分析の精度を向上させると共に、空間分解能の向上及び処理速度の低下の抑制を実現することができる。

制御部は、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分である特定成分に対応する光が撮像部に到達するタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、特定成分に対応する光のみを撮像する撮像処理を撮像部に実行させ、制御部は、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像部に撮像処理を実行させてもよい。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分に対応する光の撮像を行うことができる。

制御部は、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント内で、複数の成分のそれぞれに対応する光が撮像部に到達するタイミング毎にシャッター機構の開閉を複数回行ってもよい。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分に対応する光の撮像を効率よく行うことができる。

質量分析装置は、撮像部によって撮像された画像のデータを処理するデータ処理部を更に備え、制御部は、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する第１イベントにおいて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の成分のそれぞれに対応する光が撮像部に到達する時点を含む第１期間にシャッター機構が開状態となるようにシャッター機構の開閉を行い、第１イベントとは異なる第２イベントにおいて、ｎ個の成分から特定成分を除いたｎ－１個の成分のそれぞれに対応する光が撮像部に到達する時点を含む第２期間にシャッター機構が開状態となるようにシャッター機構の開閉を行い、データ処理部は、第１イベントにおいて撮像部により撮像された画像と第２イベントにおいて撮像部により撮像された画像との差分に基づいて、特定成分に対応する画像を取得してもよい。これにより、シャッター機構のシャッタースピードの制限を緩和することができる。すなわち、シャッター機構のシャッタースピードが比較的遅い（すなわち、開状態の期間が比較的長い）ことに起因して、開状態の期間中に特定成分とは別の成分に対応する光が撮像されてしまう場合においても、特定成分に対応する画像を取得することができる。

制御部は、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分である特定成分に対応する光が撮像部に到達するタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、特定成分に対応する光のみを撮像する撮像処理を撮像部に実行させ、制御部は、複数のイベントにおいて、イベント毎に上記撮像処理を撮像部に実行させてもよい。これにより、一の特定成分に対応する光の撮像を複数回行うことができる。すなわち、同一の成分（特定成分）について複数の画像が得られる。上記構成によれば、このように得られた複数の画像を重ねる（積算する）ことで、複数の成分のうち一の特定成分のみに着目した明瞭な画像を得ることが可能となる。

制御部は、エネルギー線が照射された時点を基準とするシャッター機構の開閉のタイミング、試料台とマイクロチャンネルプレートとの距離、及びイオン化試料の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、成分毎のタイミングを設定してもよい。これにより、成分毎に光の撮像を柔軟に行うことができる。

本開示の一側面に係る質量分析方法は、エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対してエネルギー線を照射することで、試料の複数の成分の位置情報を維持したまま複数の成分をイオン化する第１工程と、エネルギー線の照射によってイオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、イオン化試料に応じて電子を放出する第２工程と、マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、電子に応じて光を発する第３工程と、蛍光体の後段に配置され、蛍光体からの光を通過させて光を撮像する開状態と蛍光体からの光を遮蔽して光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、光を撮像する第４工程と、を含み、第４工程においては、成分毎のタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、複数の成分のそれぞれに対応する光を撮像部に撮像させ、蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下である。

この質量分析方法では、第１工程において、試料の複数の成分の位置情報を維持したまま複数の成分をイオン化している。つまり、この質量分析方法は、投影型質量分析方法である。これにより、質量分析の空間分解能を向上させることができる。また、第４工程において、成分毎のタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、複数の成分のそれぞれに対応する光を撮像部に撮像させる。これにより、成分毎に光の撮像を行うことができる。そのため、１回の撮像における情報の量を抑制することができ、処理速度の低下を抑制することができる。また、蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下である。つまり、蛍光体の残光時間が短い。これにより、一のイオン化試料のタイミングと他のイオン化試料のタイミングとの間隔が短い場合においても、第３工程においては、蛍光体が、一のイオン化試料に対応する残光の影響を受けずに、他のイオン化試料に対応する光を発することができる。これにより、イオン化試料に対応する光を精度良く撮像することができる。よって、この質量分析方法によれば、質量分析の精度を向上させると共に、空間分解能の向上及び処理速度の低下の抑制を実現することができる。

第４工程において、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分である特定成分に対応する光が撮像部に到達するタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、特定成分に対応する光のみを撮像する撮像処理を実行し、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像処理を実行してもよい。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分に対応する光の撮像を行うことができる。

第４工程において、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント内で、複数の成分のそれぞれに対応する光が撮像部に到達するタイミング毎にシャッター機構の開閉を複数回行ってもよい。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分に対応する光の撮像を効率よく行うことができる。

質量分析方法は、撮像部によって撮像された画像のデータを処理する第５工程を更に含み、第４工程において、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する第１イベントにおいて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の成分のそれぞれに対応する光が撮像部に到達する時点を含む第１期間にシャッター機構が開状態となるようにシャッター機構の開閉を行い、第１イベントとは異なる第２イベントにおいて、ｎ個の成分から特定成分を除いたｎ－１個の成分のそれぞれに対応する光が撮像部に到達する時点を含む第２期間にシャッター機構が開状態となるようにシャッター機構の開閉を行い、第５工程において、第１イベントにおいて撮像部により撮像された画像と第２イベントにおいて撮像部により撮像された画像との差分に基づいて、特定成分に対応する画像を取得してもよい。これにより、シャッター機構のシャッタースピードの制限を緩和することができる。すなわち、シャッター機構のシャッタースピードが比較的遅い（すなわち、開状態の期間が比較的長い）ことに起因して、開状態の期間中に特定成分とは別の成分に対応する光が撮像されてしまう場合においても、特定成分に対応する画像を取得することができる。

第４工程において、照射部によるエネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分である特定成分に対応する光が撮像部に到達するタイミングでシャッター機構の開閉を行うことにより、特定成分に対応する光のみを撮像する撮像処理を撮像部に実行させ、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分に対応する光のみを撮像する撮像処理を撮像部に実行させてもよい。これにより、一の特定成分に対応する光の撮像を複数回行うことができる。すなわち、同一の成分（特定成分）について複数の画像が得られる。上記構成によれば、このように得られた複数の画像を重ねる（積算する）ことで、複数の成分のうち一の特定成分のみに着目した明瞭な画像を得ることが可能となる。

第４工程において、エネルギー線が照射された時点を基準とするシャッター機構の開閉のタイミング、試料が載置される試料台とマイクロチャンネルプレートとの距離、及びイオン化試料の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、成分毎のタイミングを設定してもよい。これにより、成分毎に光の撮像を柔軟に行うことができる。

本開示の一側面によれば、質量分析の精度を向上させることができる撮像ユニット、質量分析装置及び質量分析方法を提供することが可能となる。

一実施形態の質量分析装置の概略図である。 図１の質量分析装置の各種信号の時間変化を示す図である。 複数のイベントにおけるシャッター機構の開閉のタイミングを示す図である。 複数のイベントにおけるイオン化試料のイオン信号強度及びシャッター機構の開閉のタイミングを示す図である。 シャッター機構の制御の第１変形例を示す図である。 シャッター機構の制御の第２変形例を示す図である。 撮像ユニットの第１変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第２変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第３変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第４変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第５変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第６変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第７変形例を示す概略図である。 撮像ユニットの第８変形例を示す概略図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［質量分析装置］
図１は、質量分析装置１の概略図である。図１に示されるように、質量分析装置１は、試料台２と、照射部３と、撮像ユニット４と、制御部５と、データ処理部６と、を備えている。質量分析装置１は、レーザ脱離イオン化（Laser Desorption/Ionization、ＬＤＩ）法、表面支援レーザ脱離イオン化（ＳＡＬＤＩ：Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization）法、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ：Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization）法、及び２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法等の質量分析法に用いられる。また、質量分析装置１は、浜松ホトニクス社製のイオン化支援基板ＤＩＵＴＨＡＭＥ(ジュテーム)を用いた質量分析法に用いられてもよい。

試料台２には、試料Ｓが載置される。なお、試料Ｓを支持する支持基板（例えば上述したイオン化支援基板）が用いられる場合には、試料台２には、試料Ｓと共に上記支持基板が載置される。試料台２は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等の透明導電膜が形成されたガラス基板であり、透明導電膜の表面が載置面となっている。試料台２には、電圧が印加される。なお、試料台２は、導電性を確保し得る部材（例えば、ステンレス等の金属材料等からなる基板等）であればよい。試料Ｓは、例えば生体試料である。照射部３は、試料台２における試料Ｓが載置される面側に配置されている。照射部３は、試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１を照射する。これにより、照射部３は、試料Ｓの複数の成分Ｓ１の位置情報を維持したまま複数の成分Ｓ１をイオン化する。試料Ｓの成分Ｓ１は、エネルギー線Ｌ１の照射によってイオン化試料Ｓ２にイオン化される。なお、試料台２は、試料台２の両端部（両脇）を金属等で挟むことによって固定されてもよい。この場合、照射部３は、試料台２における試料Ｓが載置される面とは反対側（裏面側）に配置されてもよい。すなわち、照射部３は、試料台２の裏面側から試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１を照射してもよい。

照射部３は、試料Ｓのうち所定の面積を有する所定範囲に対してエネルギー線Ｌ１を一括に照射する。本実施形態では、照射部３は、上記所定範囲を含む大きさのスポット径を有するフラットビームであるエネルギー線Ｌ１を試料Ｓに対して照射する。なお、エネルギー線Ｌ１のスポット径の大きさは、測定対象の試料Ｓの全体を含む大きさであってもよいし、試料Ｓの一部のみを含む大きさであってもよい。後者の場合には、エネルギー線Ｌ１の照射位置（試料Ｓ上においてエネルギー線Ｌ１が照射される位置）を移動させながらエネルギー線Ｌ１を複数回試料Ｓに対して照射することにより、試料Ｓ全体の画像を得ることができる。エネルギー線Ｌ１が照射されると、上記所定範囲内における試料Ｓの複数の成分Ｓ１が一括にイオン化される。質量分析装置１は、投影型質量分析装置である。より具体的には、走査型質量分析装置では、１回のエネルギー線の照射毎にエネルギー線のスポット径に対応する大きさの１ピクセルの信号が取得される。これに対して、質量分析装置１は、１回のエネルギー線Ｌ１の照射毎にエネルギー線Ｌ１のスポット径に対応する画像（複数のピクセル）の信号を取得する。このような投影型の質量分析装置１によれば、走査型質量分析装置よりも高い解像度（空間分解能）が実現される。

エネルギー線Ｌ１は、例えばレーザ光である。エネルギー線Ｌ１は、例えばＮ２レーザ又はＹＡＧレーザ等である。エネルギー線Ｌ１の強度分布（軸線に垂直な断面における強度分布）は、略均一である。エネルギー線Ｌ１のスポット径は、例えば１００μｍ～３００μｍ程度である。エネルギー線Ｌ１は、電子ビーム又はイオンビームであってもよい。照射部３は、エネルギー線Ｌ１をパルス的に照射する。照射部３は、イベント毎にエネルギー線Ｌ１を照射する。照射部３は、１回のイベントにおいてエネルギー線Ｌ１を１回照射する。つまり、エネルギー線Ｌ１の１回の照射が、１イベントに対応している。

撮像ユニット４は、マイクロチャンネルプレート（Micro-Channel Plate、以下、「ＭＣＰ」という）４１と、蛍光体４２と、撮像部４３と、光学レンズ（接続部）４４と、を有している。ＭＣＰ４１は、エネルギー線Ｌ１の照射によってイオン化された試料Ｓの成分Ｓ１であるイオン化試料Ｓ２の飛行経路上に設けられている。本実施形態では一例として、イオン化試料Ｓ２の飛行経路は、試料台２からＭＣＰ４１に向かった略直線状を呈しており、ＭＣＰ４１は、試料台２に対向して設けられている。ただし、エネルギー線Ｌ１のスポット径内のエリアの位置情報を維持したままイオン化試料Ｓ２を試料台２からＭＣＰ４１まで導くための飛行経路は、略直線状に限られない。このため、ＭＣＰ４１は、必ずしも試料台２に対向する位置に設けられるとは限らない。例えば、イオン化試料Ｓ２を試料台２からＭＣＰ４１まで導く方式として、イオン化試料Ｓ２の軌道を３回曲げて飛行させるトリフト（ＴＲＩＦＴ：triple focusing time-of-flight）、イオン化試料Ｓ２をＶ字状に飛行させるリフレクトロン、イオン化試料Ｓ２を８の字状に飛行させるマルタム（ＭＵＬＴＵＭ）等が利用される場合には、ＭＣＰ４１は、イオン化試料Ｓ２の飛行経路上には設けられるが、試料台２とは対向しない。

ＭＣＰ４１には電圧が印加される。試料台２上においてイオン化されたイオン化試料Ｓ２は、試料台２に印加される電圧とＭＣＰ４１に印加される電圧との電位差によって、ＭＣＰ４１に向かって飛行し、ＭＣＰ４１に衝突する。複数のイオン化試料Ｓ２は、位置情報を維持したまま飛行し、質量差によって生じた時間差情報を持った状態でＭＣＰ４１に衝突する。つまり、イオン化試料Ｓ２は、その種類毎に、質量差に応じた異なるタイミングでＭＣＰ４１に到達する。

ＭＣＰ４１は、イオン化試料Ｓ２に応じて電子Ｅを放出する。具体的には、ＭＣＰ４１は、試料台２に対向する入力面４１ａ、及び入力面４１ａとは反対側の出力面４１ｂを有している。入力面４１ａ及び出力面４１ｂは、互いに対向した状態で所定の基準軸と交差するように配置されている。ＭＣＰ４１は、入力面４１ａへのイオン（荷電粒子）の入射に応答して出力面４１ｂから電子Ｅを出力する。ＭＣＰ４１は、イオンの空間分布を電子の空間分布（電子像）に変換する。

ＭＣＰ４１は、内径が数μｍ～数十μｍのガラスキャピラリ（チャンネル）を複数束ねた板状構造を有している。ＭＣＰ４１のそれぞれのチャンネルは、独立した２次電子増倍器として機能する。そのため，ＭＣＰ４１によれば、イオンがチャンネルの表面に達すると２次電子に変換されチャンネルの中で衝突を繰り返しながら電子増倍することができる。イオン衝突から２次電子として取り出すまでの時間は、数ナノ秒以下である。なお、撮像ユニット４は、複数段のＭＣＰ４１を有していてもよい。

蛍光体４２は、ＭＣＰ４１の後段に配置されている。つまり、蛍光体４２は、ＭＣＰ４１に対して試料台２とは反対側に配置されている。蛍光体４２は、ＭＣＰ４１に対向する入力面４２ａ、及び入力面４２ａとは反対側の出力面４２ｂを有している。入力面４２ａは、電子検出面として機能する。

蛍光体４２は、基板４２１と、蛍光層４２２と、を有している。蛍光体４２は、蛍光層４２２がＭＣＰ４１に対向するように配置されている。蛍光層４２２は、入力面４２ａを有しており、基板４２１は、出力面４２ｂを有している。基板４２１の材料は、例えば透明なガラス等である。基板４２１の材料は、例えばサファイア等であってもよい。蛍光層４２２は、基板４２１の出力面４２ｂとは反対側の面に塗布されている。蛍光層４２２は、電子が衝突すると蛍光を発する蛍光材料からなっている。蛍光層４２２の蛍光材料は、例えばＧａＮである。蛍光層４２２の蛍光材料は、例えばＺｎＯ又はプラスチックシンチレータであってもよい。

蛍光層４２２は、ＭＣＰ４１から放出された電子Ｅに応じて蛍光Ｌ２を発する。蛍光層４２２は、電子Ｅの衝突による蛍光Ｌ２を蛍光パターン（光学画像）に変換する。蛍光材料は、電子励起が無くなった後も発光しており徐々に弱くなっていく残光特性を有している。蛍光層４２２の残光時間は、１２ｎｓ以下である。蛍光層４２２の残光時間は、例えば３ｎｓ程度である。つまり、蛍光体４２は、いわゆる高速蛍光体である。質量分析装置１では、ＭＣＰ４１及び蛍光層４２２が、放電しない範囲で近接しており、それぞれに高電圧が印加されている。質量分析装置１では、イオン及び電子をそれぞれＭＣＰ４１及び蛍光層４２２に高速で衝突させることで、信号増幅率（ゲイン）及び位置情報の両立を図っている。

蛍光層４２２の蛍光材料がＧａＮ又はＺｎＯである場合には、蛍光層４２２は、例えば、蛍光材料を基板４２１（例えばサファイア基板）上にエピタキシャル成長させることによって形成することができる。この場合、蛍光層４２２の厚さは、例えば１μｍ～５μｍ程度である。或いは、蛍光層４２２は、例えば、ＺｎＯからなる粉体の蛍光材料を基板４２１（例えばサファイア基板）上に塗布することによって形成されてもよい。この場合、蛍光層４２２の厚さは、例えば２μｍ～８μｍ程度である。

撮像部４３は、蛍光体４２の後段に配置されている。つまり、撮像部４３は、蛍光体４２に対してＭＣＰ４１とは反対側に配置されている。撮像部４３は、固体撮像素子４３１を有している。固体撮像素子４３１は、例えばＣＭＯＳイメージセンサである。固体撮像素子４３１は、例えばＣＣＤイメージセンサ又は高速イメージセンサであってもよい。

固体撮像素子４３１は、シャッター機構４３２を有している。シャッター機構４３２は、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２を通過させて蛍光Ｌ２を撮像する開状態と蛍光体４２からの蛍光Ｌ２を遮蔽して蛍光Ｌ２を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されている。シャッター機構４３２のシャッタースピードは、蛍光層４２２の残光時間と同程度である。シャッター機構４３２のシャッタースピードは、例えば３ｎｓ程度である。シャッター機構４３２の開閉のタイミングは、可変である。

光学レンズ４４は、蛍光体４２と撮像部４３との間に配置されている。光学レンズ４４は、蛍光体４２と撮像部４３とを光学的に接続している。光学レンズ４４は、撮像部４３に接続されている。光学レンズ４４は、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２を撮像部４３に導く。

制御部５は、照射部３及び撮像部４３の動作を制御する。制御部５は、エネルギー線Ｌ１をパルス的に照射するように照射部３を制御する。制御部５は、固体撮像素子４３１のシャッター機構４３２の開閉動作を制御する。制御部５は、撮像処理を実行するように撮像部４３を制御する。制御部５は、例えば、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ等）、及びメモリ（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）等を備えるコンピュータ装置である。データ処理部６は、撮像部４３によって撮像された画像のデータを処理する。データ処理部６は、例えば、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ等）、及びメモリ（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等）等を備えるコンピュータ装置である。図１の例では、制御部５とデータ処理部６とを分けて記載しているが、制御部５とデータ処理部６とは同じコンピュータ装置によって構成されてもよい。

図２は、質量分析装置１の各種信号の時間変化を示す図である。図２に示されるように、制御部５は、照射部３、ＭＣＰ４１及び撮像部４３からの信号を取得する。図２の横軸は、時間を示している。図２の縦軸は、上から順に、エネルギー線Ｌ１の制御信号強度、ＭＣＰ４１のイオン信号強度、シャッター機構４３２の開閉、及びＭＣＰ４１のイオン信号強度の所定期間内の積算値を示している。エネルギー線Ｌ１の制御信号強度は、照射部３が有する検出器（不図示）によって検出されるエネルギー線Ｌ１の信号強度である。当該検出器は、エネルギー線Ｌ１が照射されているか否か、及びエネルギー線Ｌ１が照射されるタイミング（時点）等を検出する。質量分析装置１では、エネルギー線Ｌ１が照射されるタイミングに基づいて、シャッター機構４３２の開閉等の制御が行われる。本実施形態では、エネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射された時点（以下、「基準点」いう）を時間のスタートの基準「０」としている。制御部５は、例えばＭＣＰ４１の出力の積算値がピークに達したタイミングでシャッター機構の開閉を行うことができる。なお、シャッター機構の開閉とは、シャッター機構が開状態となった後当該開状態から閉状態となるまでの１回の動作をいう。

制御部５は、試料Ｓの成分Ｓ１毎（すなわち、試料Ｓに含まれる成分の種類毎）のタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、複数の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２を撮像部４３に撮像させる。成分Ｓ１毎のタイミングとは、一例として、当該成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングをいう。制御部５は、一の成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を一回行う。

制御部５は、１回のイベント毎に、一の成分Ｓ１である特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させる。つまり、本実施形態では、制御部５は、１回のイベント内で、一の特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像部４３に撮像させる。１回のイベントは、照射部３によりエネルギー線Ｌ１が照射されてから、当該エネルギー線Ｌ１の照射による質量分析の画像を得るまでの質量分析装置１の全ての動作を含む期間である。なお、「特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する」とは、特定成分に対応する蛍光Ｌ２以外の蛍光が全く撮像されない場合だけでなく、特定成分と共に測定上無視できる程度の特定成分とは別の他の成分に対応する蛍光（ノイズ）が撮像される場合も含む。

制御部５による上記制御を詳細に説明する。試料Ｓの複数の成分Ｓ１のそれぞれに対応するイオン化試料Ｓ２の質量は、互いに異なっている。そのため、複数のイオン化試料Ｓ２は、質量差によって生じた時間差情報を持った状態でＭＣＰ４１に順次到達する。すなわち、試料台２とＭＣＰ４１との電位差、及び、試料台２とＭＣＰ４１との距離が一定である場合において、エネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射されてから、複数のイオン化試料Ｓ２のそれぞれがＭＣＰ４１に到達するタイミングは、試料Ｓの成分Ｓ１毎に異なっている。このため、ＭＣＰ４１は、それぞれのイオン化試料Ｓ２が到達するタイミング毎に、順次電子を放出することになる。

本実施形態では、第１イベント～第４イベントに着目して説明する。図３の（ａ）は、基準点Ｒ１を示す図である。本実施形態では、エネルギー線Ｌ１の制御信号強度が立ち上がり始める時点を基準点Ｒ１とする。図３の（ｂ）～（ｅ）のそれぞれは、第１イベント～第４イベントのそれぞれにおけるシャッター機構４３２の開閉のタイミングを示す図である。図３に示されるように、制御部５は、第１イベント～第４イベントのそれぞれにおいて、基準点Ｒ１を基準として互いに異なるタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行っている。

図４は、複数のイベントにおけるイオン化試料Ｓ２のイオン信号強度及びシャッター機構４３２の開閉のタイミングを示す図である。図４に示されるように、第１イベント～第４イベントのそれぞれにおいて、ＭＣＰ４１によって試料Ｓの複数（ここでは４つ）の成分Ｓ１（Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）に対応するイオン信号（スペクトル）が順次検出される。この例では、エネルギー線Ｌ１が試料Ｓに照射されてからＭＣＰ４１に到達する時間順は、成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０の順番となっている。制御部５は、複数の第１イベント～第４イベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像部４３に撮像処理を実行させる。

具体的には、第１イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ１０に応じたタイミング（成分Ｓ１０に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミング）でシャッター機構４３２の開閉を１回行う。つまり、第１イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ１０を特定成分として、撮像部４３に撮像処理を実行させる。

第２イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ２０に応じたタイミング（成分Ｓ２０に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミング）でシャッター機構４３２の開閉を１回行う。つまり、第２イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ２０を特定成分として、撮像部４３に撮像処理を実行させる。

第３イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ３０に応じたタイミング（成分Ｓ３０に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミング）でシャッター機構４３２の開閉を１回行う。つまり、第３イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ３０を特定成分として、撮像部４３に撮像処理を実行させる。

第４イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ４０に応じたタイミング（成分Ｓ４０に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミング）でシャッター機構４３２の開閉を１回行う。つまり、第４イベントにおいては、制御部５は、成分Ｓ４０を特定成分として、撮像部４３に撮像処理を実行させる。

このように、制御部５は、１回のイベント毎に１つの特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみがシャッター機構４３２を通過するように、シャッター機構４３２の開閉を制御する。これにより、イベント毎に１つの特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみが撮像される。

制御部５は、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミングを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定している。制御部５は、各イベントにおいて、基準点Ｒ１から特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングを含む期間にシャッター機構４３２が開状態となるように、シャッター機構４３２の開閉のタイミングを調整する。

なお、各イベントにおいて、それぞれの特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングは、試料Ｓの各成分Ｓ１についてのデータを用いて算出することができる。また、それぞれの特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングは、エネルギー線Ｌ１を試料Ｓに照射することによって、予め測定してもよい。すなわち、各イベントに先立って、エネルギー線Ｌ１を試料Ｓに照射してＭＣＰ４１のイオン信号強度を取得することによって、基準点Ｒ１を基準として各イオン化試料Ｓ２がＭＣＰ４１に到達するタイミングのそれぞれを取得することができる。これらのタイミングは、それぞれの特定成分に対応する蛍光Ｌ２のそれぞれが撮像部４３に到達するタイミングとされる。

制御部５は、第１イベント～第４イベントのそれぞれを複数回繰り返す。例えば、制御部５は、「第１イベント→第２イベント→第３イベント→第４イベント」の一連の処理を複数回繰り返し実行する。或いは、制御部５は、「第１イベント→第２イベント→第３イベント→第４イベント」の一連の処理と「第４イベント→第３イベント→第２イベント→第１イベント」の一連の処理とを交互に繰り返し実行してもよい。

試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１の照射を繰り返すと、試料Ｓがイオン化されて試料Ｓの量が少なくなる。これに従って、それぞれの成分Ｓ１に対応するイオン信号強度が弱くなる傾向にある。例えば、第１イベントを複数回繰り返した後、第２イベントを複数回繰り返すと、成分Ｓ２０に対応するイオン信号強度が成分Ｓ１０に対応するイオン信号強度よりも弱くなる傾向にある。そのため、成分Ｓ１０の画像と比較して成分Ｓ２０の画像が不明瞭になるおそれがある。本実施形態では、上述したような順に各イベントを繰り返し、成分Ｓ１毎に複数取得された画像を重ね合わせる処理（後述するデータ処理部６の処理）を行うことによって、各成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０のそれぞれに対応する画像の明瞭さを均一にすることができる。

データ処理部６は、撮像部４３によって撮像された複数の画像を重ねる処理を行う。具体的には、データ処理部６は、第１イベント～第４イベントにおいて撮像された画像のそれぞれを重ねる処理を行う。これにより、一の画像において第１イベント～第４イベントにおけるそれぞれの特定成分に対応する画像を観察することができる。更に、データ処理部６は、第１イベント～第４イベントのそれぞれを複数回繰り返すことによって撮像された画像の全てを重ねる処理を行う。これにより、同じ成分Ｓ１について複数回撮像した画像を重ねる（積算する）ことで、より明瞭な画像が得られる。

以上説明したように、撮像ユニット４では、蛍光体４２の残光時間が１２ｎｓ以下である。つまり、蛍光体４２の残光時間が短い。これにより、一のイオン化試料Ｓ２のタイミングと他のイオン化試料Ｓ２のタイミングとの間隔が短い場合においても、蛍光体４２は、一のイオン化試料Ｓ２に対応する残光の影響を受けずに、他のイオン化試料Ｓ２に対応する蛍光Ｌ２を発することができる。これにより、イオン化試料Ｓ２に対応する蛍光Ｌ２を精度良く発することができる。よって、撮像ユニット４によれば、質量分析の精度を向上させることができる。

蛍光体４２の蛍光材料は、ＧａＮ、ＺｎＯ又はプラスチックシンチレータである。これにより、蛍光材料の残光時間を短くすることができる。これにより、上述したように、各成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２を精度良く発することができ、質量分析の精度を向上させることができる。

撮像ユニット４は、蛍光体４２と撮像部４３とを光学的に接続する光学レンズ４４を備えている。これにより、撮像部４３によって撮像される画像の解像度を維持しつつ、蛍光体４２からの蛍光Ｌ２を撮像部４３に適切に伝搬させることができる。

質量分析装置１では、試料Ｓの複数の成分Ｓ１の位置情報を維持したまま複数の成分Ｓ１をイオン化している。つまり、質量分析装置１は、投影型質量分析装置である。これにより、走査型質量分析装置と比較して質量分析の空間分解能を向上させることができる。また、制御部５は、成分Ｓ１毎のタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、複数の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２を撮像部４３に撮像させる。これにより、成分Ｓ１毎に蛍光Ｌ２の撮像を行うことができる。そのため、１回の撮像における情報の量を抑制することができ、処理速度の低下を抑制することができる。よって、質量分析装置１によれば、質量分析の精度を向上させると共に、空間分解能の向上及び処理速度の低下の抑制を実現することができる。

制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分Ｓ１である特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させている。制御部５は、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像部４３に撮像処理を実行させている。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２の撮像を行うことができる。

制御部５は、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミングを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定している。これにより、成分Ｓ１毎に蛍光Ｌ２の撮像を柔軟に行うことができる。

［質量分析方法］
次に、図１及び図４を参照して、質量分析装置１を用いた試料Ｓの質量分析方法について説明する。

まず、図１に示されるように、試料Ｓを試料台２に載置する。続いて、照射部３によって、試料Ｓに対してエネルギー線Ｌ１を照射する（第１工程）。これにより、試料Ｓの複数の成分Ｓ１の位置情報を維持したまま複数の成分Ｓ１をイオン化する。試料Ｓの成分Ｓ１は、エネルギー線Ｌ１の照射によってイオン化試料Ｓ２にイオン化される。続いて、ＭＣＰ４１によって、イオン化試料Ｓ２に応じて電子Ｅを放出する（第２工程）。続いて、蛍光体４２によって、電子Ｅに応じて蛍光Ｌ２を発する（第３工程）。続いて、撮像部４３によって、蛍光Ｌ２を撮像する（第４工程）。続いて、撮像部４３によって撮像された画像のデータを処理する（第５工程）。

第４工程においては、上述したように、成分Ｓ１毎のタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、複数の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２を撮像部４３に撮像させる。具体的には、第４工程においては、上述したように、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分Ｓ１である特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させる。図４に示されるように、第４工程においては、上述したように、複数の第１イベント～第４イベントにおいて、イベント毎に特定成分（成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）を変更しながら、撮像部４３に撮像処理を実行させる。第４工程においては、上述したように、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミングを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定する。

以上説明したように、質量分析方法では、第１工程において、試料Ｓの複数の成分Ｓ１の位置情報を維持したまま複数の成分Ｓ１をイオン化している。つまり、この質量分析方法は、投影型質量分析方法である。これにより、質量分析の空間分解能を向上させることができる。また、第４工程において、成分Ｓ１毎のタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、複数の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２を撮像部４３に撮像させる。これにより、成分Ｓ１毎に蛍光Ｌ２の撮像を行うことができる。そのため、１回の撮像における情報の量を抑制することができ、処理速度の低下を抑制することができる。また、蛍光体４２の残光時間は、１２ｎｓ以下である。つまり、蛍光体４２の残光時間が短い。これにより、一のイオン化試料Ｓ２のタイミングと他のイオン化試料Ｓ２のタイミングとの間隔が短い場合においても、第３工程においては、蛍光体４２が、一のイオン化試料Ｓ２に対応する残光の影響を受けずに、他のイオン化試料Ｓ２に対応する蛍光Ｌ２を発することができる。これにより、イオン化試料Ｓ２に対応する蛍光Ｌ２を精度良く撮像することができる。よって、質量分析方法によれば、質量分析の精度を向上させると共に、空間分解能の向上及び処理速度の低下の抑制を実現することができる。

第４工程において、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分Ｓ１である特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させている。第４工程において、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像部４３に撮像処理を実行させている。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２の撮像を行うことができる。

第４工程において、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミングを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定している。これにより、成分Ｓ１毎に蛍光Ｌ２の撮像を柔軟に行うことができる。

［変形例］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。

（シャッター機構の制御の第１変形例）
上記実施形態では、制御部５が、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分を変更しながら、撮像部４３に撮像処理を実行させる例を示したが、この限りではない。図５は、シャッター機構４３２の制御の第１変形例を示す図である。図５の（ａ）は、基準点Ｒ１を示す図である。図５の（ｂ）は、１回のイベントにおけるシャッター機構４３２の開閉のタイミングを示す図である。図５に示されるように、制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント内で、複数の成分Ｓ１（成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を複数回行ってもよい。つまり、制御部５は、１回のイベントにおいて、複数の成分Ｓ１に対応する複数の蛍光Ｌ２を撮像部４３に撮像させてもよい。これにより、１回の撮像における情報の量を抑制しつつ、複数の成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２の撮像を１回のイベントにおいて効率よく行うことができる。シャッター機構４３２の開閉の間隔を、例えば１μｓ、１．５μｓ又は５００ｎｓ等の互いに異なる値に設定することができる。

（シャッター機構の制御の第２変形例）
図６は、シャッター機構４３２の制御の第２変形例を示す図である。図６の（ａ）は、基準点Ｒ１を示す図である。図６の（ｂ）及び（ｃ）のそれぞれは、第１イベント及び第２イベントのそれぞれにおけるシャッター機構４３２の開閉のタイミングを示す図である。図６の（ｄ）は、特定成分に対応する蛍光Ｌ２を撮像するためのシャッター機構４３２の開閉のタイミングの目標値を示す図である。

図６の（ｂ）に示されるように、制御部５は、第１イベントにおいて、第１期間Ｔ１にシャッター機構４３２が開状態となるようにシャッター機構４３２の開閉を行い、図６の（ｃ）に示されるように、第１イベントとは異なる第２イベントにおいて、第２期間Ｔ２にシャッター機構４３２が開状態となるようにシャッター機構４３２の開閉を行ってもよい。第１期間Ｔ１は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の成分Ｓ１（例えば、図４に示した４つの成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達する時点を含んでいる。つまり、第１期間Ｔ１は、ｎ個の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２の全てが撮像部４３に到達する期間である。第２期間Ｔ２は、ｎ個の成分Ｓ１から特定成分（例えば成分Ｓ１０）を除いたｎ－１個の成分Ｓ１（成分Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達する時点を含んでいる。つまり、第２期間Ｔ２は、ｎ－１個の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２の全てが撮像部４３に到達する期間である。

第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との差分は、特定成分（ここでは一例として成分Ｓ１０）に対応する蛍光Ｌ２を撮像するためのシャッター機構４３２の開閉の期間に相当する。すなわち、第１期間Ｔ１から第２期間Ｔ２と重複する期間を除いた期間は、複数の成分Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０のうち特定成分である成分Ｓ１０に対応する蛍光Ｌ２のみが撮像される期間である。そこで、データ処理部６は、第１イベントにおいて撮像部４３により撮像された第１期間Ｔ１に対応する画像と第２イベントにおいて撮像部４３により撮像された第２期間Ｔ２に対応する画像との差分に基づいて、特定成分に対応する画像を取得してもよい。これにより、シャッター機構４３２のシャッタースピードの制限を緩和することができる。すなわち、シャッター機構４３２のシャッタースピードが比較的遅い（すなわち、開状態の期間が比較的長い）ことに起因して、開状態の期間中に特定成分とは別の成分Ｓ１に対応する蛍光Ｌ２が撮像されてしまう場合においても、特定成分に対応する画像を取得することができる。

また、制御部５は、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分Ｓ１である特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させてもよい。また、制御部５は、複数のイベントにおいて、イベント毎に上記撮像処理を撮像部４３に実行させてもよい。つまり、制御部５は、それぞれのイベントにおいて、同一の特定成分に対応する蛍光Ｌ２を撮像部４３に撮像させてもよい。具体的には、制御部５は、各イベントにおいて、同一の特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達する同一のタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行う。これにより、一の特定成分に対応する蛍光Ｌ２の撮像を複数回行うことができる。すなわち、同一の成分（特定成分）Ｓ１について複数の画像が得られる。上記構成によれば、このように得られた複数の画像を重ねる（積算する）ことで、複数の成分Ｓ１のうち一の特定成分のみに着目した明瞭な画像を得ることが可能となる。

また、制御部５が、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミングを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定する例を示したが、この限りではない。制御部５は、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミング、試料台２とＭＣＰ４１との距離、及びイオン化試料Ｓ２の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定すればよい。イオン化試料Ｓ２の飛行速度は、例えば、試料台２とＭＣＰ４１との電位差を調整することにより設定することができる。

また、質量分析方法の第４工程において、上述したように、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント内で、複数の成分Ｓ１のそれぞれに対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミング毎にシャッター機構４３２の開閉を複数回行ってもよい。

また、質量分析方法の第４工程において、上述したように、第１イベントにおいて、第１期間Ｔ１にシャッター機構４３２が開状態となるようにシャッター機構４３２の開閉を行い、第１イベントとは異なる第２イベントにおいて、第２期間Ｔ２にシャッター機構４３２が開状態となるようにシャッター機構４３２の開閉を行ってもよい。また、第５工程において、上述したように、第１イベントにおいて撮像部４３により撮像された第１期間Ｔ１に対応する画像と第２イベントにおいて撮像部４３により撮像された第２期間Ｔ２に対応する画像との差分に基づいて、特定成分に対応する画像を取得してもよい。

また、質量分析方法の第４工程において、上述したように、照射部３によるエネルギー線Ｌ１の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の成分Ｓ１である特定成分に対応する蛍光Ｌ２が撮像部４３に到達するタイミングでシャッター機構４３２の開閉を行うことにより、特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させてもよい。また、第４工程において、上述したように、複数のイベントにおいて、イベント毎に特定成分に対応する蛍光Ｌ２のみを撮像する撮像処理を撮像部４３に実行させてもよい。

また、質量分析方法の第４工程において、上述したように、基準点Ｒ１を基準とするシャッター機構４３２の開閉のタイミング、試料台２とＭＣＰ４１との距離、及びイオン化試料Ｓ２の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、成分Ｓ１毎のタイミングを設定すればよい。

以下、撮像ユニットのいくつかの変形例（第１～第８変形例に係る撮像ユニット４Ａ～４Ｈ）について説明する。質量分析装置１は、上述した撮像ユニット４の代わりに以下に説明する撮像ユニット４Ａ～４Ｈのいずれかを備えてもよい。

（撮像ユニットの第１変形例）
図７は、撮像ユニットの第１変形例（撮像ユニット４Ａ）を示す図である。撮像ユニット４Ａは、光学リレーレンズ（接続部）４５と、イメージインテンシファイア４３３を更に有している点で撮像ユニット４と相違している。撮像ユニット４Ａでは、撮像部４３は、固体撮像素子４３１とイメージインテンシファイア４３３と、を有している。固体撮像素子４３１は、イメージインテンシファイア４３３の後段に配置されている。つまり、固体撮像素子４３１は、イメージインテンシファイア４３３に対して蛍光体４２とは反対側に配置されている。イメージインテンシファイア４３３は、シャッター機構４３４を有している。

イメージインテンシファイア４３３は、蛍光体４２からの光が入射される側（光学レンズ４４側）に設けられ、蛍光体４２からの光を電子に変換する光電面と、当該電子を増倍させるＭＣＰと、増倍された電子を光に変換し、当該光を固体撮像素子４３１側に出射する蛍光面と、を備えている。イメージインテンシファイア４３３は、例えば、浜松ホトニクス社製の高速ゲートイメージインテンシファイアユニットである。シャッター機構４３４は、イメージインテンシファイア４３３の内部に設けられた光電面及びＭＣＰにより構成される。具体的には、ＭＣＰの電位よりも光電面の電位が低い状態が、光電面で変換された光がＭＣＰへと引き寄せられる状態（すなわち、シャッター機構４３４の開状態）に相当し、ＭＣＰの電位よりも光電面の電位が高い状態が、光電面で変換された光がＭＣＰから反発され遮断される状態（すなわち、シャッター機構４３４の閉状態）に相当する。すなわち、質量分析装置１が撮像ユニット４Ａを備える場合には、制御部５（図１参照）は、イメージインテンシファイア４３３の光電面及びＭＣＰ間の電位を変化させることにより、シャッター機構４３４の開閉を制御することができる。光学リレーレンズ４５は、イメージインテンシファイア４３３と固体撮像素子４３１との間に配置されている。光学リレーレンズ４５は、イメージインテンシファイア４３３及び固体撮像素子４３１を光学的に接続している。

撮像ユニット４Ａにおいては、シャッター機構４３２の代わりにシャッター機構４３４によって、上述したような開閉動作を行ってもよい。また、図５の（ｂ）に示されるような開閉動作は、シャッター機構４３２によっても実現することができる。この場合、例えば、比較的高性能のファンクションジェネレータにより生成された電圧信号に基づいてシャッター機構４３４を動作させることにより、シャッター機構４３４の開閉の間隔を、例えば１μｓ、１．５μｓ又は５００ｎｓ等の互いに異なる値に設定することができる。イメージインテンシファイア４３３の電源の供給能力を高くし、且つ、固体撮像素子４３１のフレームレートを高くすることによって、１回のイベントにおいてシャッター機構４３４の開閉を複数回行うことを実現している。

撮像ユニット４Ａによれば、イメージインテンシファイア４３３によって蛍光体４２からの蛍光を増幅させて、固体撮像素子４３１に撮像させることができる。そのため、蛍光体４２からの光がごく微弱である場合においても、当該光を撮像することができる。また、イメージインテンシファイア４３３のシャッター機構４３４のシャッタースピードは、機械式のシャッター機構よりも速い。そのため、イメージインテンシファイア４３３のシャッター機構４３４を用いることにより、一の成分のタイミングと他の成分のタイミングとの間隔が短い場合においても、それぞれの成分に対応する光を好適に通過又は遮蔽することができる。

（撮像ユニットの第２変形例）
図８は、撮像ユニットの第２変形例（撮像ユニット４Ｂ）を示す図である。撮像ユニット４Ｂは、光学リレーレンズ４５の代わりにＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート、接続部）４６を有している点で撮像ユニット４Ａと相違している。ＦＯＰ４６は、イメージインテンシファイア４３３と固体撮像素子４３１との間に配置されている。ＦＯＰ４６は、イメージインテンシファイア４３３及び固体撮像素子４３１を光学的に接続している。具体的には、撮像ユニット４Ｂは、ＦＯＰ４６を固体撮像素子４３１上にカップリングした構成を有する。ＦＯＰ４６は、例えば、幅が数μｍ程度の光ファイバーを数百万本束ねることによって形成された光学デバイスである。このような構成によれば、撮像ユニット４Ｂの構成（イメージインテンシファイア４３３と固体撮像素子４３１との接続部分の構成）をコンパクト化できると共に、接続部として光学レンズを用いる場合よりも光学調整が容易となり且つ光量を向上させることができる。

（撮像ユニットの第３変形例）
図９は、撮像ユニットの第３変形例（撮像ユニット４Ｃ）を示す図である。撮像ユニット４Ｃは、光学レンズ４４の代わりにＦＯＰ（接続部）４７を有している点、及び、蛍光体４２の代わりに蛍光体４２Ｃを有している点で撮像ユニット４と相違している。蛍光体４２Ｃは、基板４２１を有していない点で蛍光体４２と相違している。つまり、蛍光体４２Ｃは、蛍光層４２２のみによって構成されている。ＦＯＰ４７は、蛍光体４２Ｃと撮像部４３との間に配置されている。蛍光体４２Ｃは、ＦＯＰ４７における撮像部４３とは反対側の一方の面４７ａに形成されている。蛍光体４２Ｃは、例えば、板状（ブロック状）又は液体状のプラスチックシンチレータからなる蛍光材料をＦＯＰ４７の一方の面４７ａ上に塗布し乾燥させることによって形成することができる。或いは、蛍光体４２Ｃは、例えば、ＺｎＯからなる粉体の蛍光材料をＦＯＰ４７の一方の面４７ａ上に塗布することによって形成されてもよい。後者の場合の蛍光体４２Ｃの厚さは、例えば２μｍ～８μｍ程度である。ＦＯＰ４７の他方の面（一方の面４７ａとは反対側の面）４７ｂは、撮像部４３に接続されている。ＦＯＰ４７は、蛍光体４２Ｃ及び撮像部４３を光学的に接続している。撮像ユニット４Ｃによれば、簡単な構成で蛍光体４２Ｃ及び撮像部４３を光学的に接続することができる。

（撮像ユニットの第４変形例）
図１０は、撮像ユニットの第４変形例（撮像ユニット４Ｄ）を示す図である。撮像ユニット４Ｄは、光学レンズ４４の代わりにＦＯＰ４７を有している点、及び、蛍光体４２の代わりに蛍光体４２Ｃを有している点で撮像ユニット４Ａと相違している。ＦＯＰ４７は、蛍光体４２Ｃと撮像部４３のイメージインテンシファイア４３３との間に配置されている。ＦＯＰ４７の他方の面４７ｂは、イメージインテンシファイア４３３に接続されている。ＦＯＰ４７は、蛍光体４２Ｃ及びイメージインテンシファイア４３３を光学的に接続している。

（撮像ユニットの第５変形例）
図１１は、撮像ユニットの第５変形例（撮像ユニット４Ｅ）を示す図である。撮像ユニット４Ｅは、光学リレーレンズ４５の代わりにＦＯＰ４６を有している点で撮像ユニット４Ｄと相違している。

（撮像ユニットの第６変形例）
図１２は、撮像ユニットの第６変形例（撮像ユニット４Ｆ）を示す図である。撮像ユニット４Ｆは、光学レンズ４４の代わりにＦＯＰ（接続部）４８を有している点で撮像ユニット４と相違している。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２と撮像部４３との間に配置されている。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２及び撮像部４３に接続されている。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２及び撮像部４３を光学的に接続している。撮像ユニット４Ｅの構成は、蛍光層４２２をＦＯＰ４８に直接形成することが困難な場合に有効である。具体的には、撮像ユニット４Ｅの構成を採用する場合には、まず、蛍光層４２２を基板４２１の表面に形成し、研磨によって基板４２１を薄化することで蛍光体４２を形成することができる。続いて、蛍光体４２をＦＯＰ４８に張り付けることができる。

（撮像ユニットの第７変形例）
図１３は、撮像ユニットの第７変形例（撮像ユニット４Ｇ）を示す図である。撮像ユニット４Ｇは、光学レンズ４４の代わりにＦＯＰ４８を有している点で撮像ユニット４Ａと相違している。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２とイメージインテンシファイア４３３との間に配置されている。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２及びイメージインテンシファイア４３３に接続されている。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２及びイメージインテンシファイア４３３を光学的に接続している。

（撮像ユニットの第８変形例）
図１４は、撮像ユニットの第８変形例（撮像ユニット４Ｈ）を示す図である。撮像ユニット４Ｈは、光学レンズ４４の代わりにＦＯＰ４８を有している点で撮像ユニット４Ｂと相違している。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２とイメージインテンシファイア４３３との間に配置されている。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２及びイメージインテンシファイア４３３に接続されている。ＦＯＰ４８は、蛍光体４２及びイメージインテンシファイア４３３を光学的に接続している。

上述した一の実施形態又は変形例における一部の構成は、他の実施形態又は変形例における構成に任意に適用することができる。

１…質量分析装置、２…試料台、３…照射部、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ，４Ｈ…撮像ユニット、４１…ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）、４２…蛍光体、４３…撮像部、４３１…固体撮像素子、４３２，４３４…シャッター機構、４３３…イメージインテンシファイア、４４…光学レンズ（接続部）、４５…光学リレーレンズ（接続部）、４６，４７，４８…ＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート、接続部）、５…制御部、６…データ処理部、Ｅ…電子、Ｌ１…エネルギー線、Ｌ２…蛍光、Ｓ１…成分、Ｓ…試料、Ｓ２…イオン化試料、Ｔ１…第１期間、Ｔ２…第２期間。

Claims (12)

1. イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、前記イオン化試料に応じて電子を放出する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後段に配置され、前記マイクロチャンネルプレートから放出された前記電子に応じて光を発する蛍光体と、前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備える撮像ユニットと、
   前記試料が載置される試料台と、
   前記試料に対してエネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する照射部と、
   前記シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、
   前記撮像部によって撮像された画像のデータを処理するデータ処理部と、を備え、
   前記蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下であり、
   前記制御部は、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
   前記制御部は、
   前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する第１イベントにおいて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第１期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
   前記第１イベントとは異なる第２イベントにおいて、前記ｎ個の前記成分から特定成分を除いたｎ－１個の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第２期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
   前記データ処理部は、前記第１イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像と前記第２イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像との差分に基づいて、前記特定成分に対応する画像を取得する、質量分析装置。
2. 前記撮像部は、前記シャッター機構を有するイメージインテンシファイアと前記イメージインテンシファイアの後段に配置される固体撮像素子とを有する、請求項１に記載の質量分析装置。
3. 前記蛍光体の蛍光材料は、ＧａＮ、ＺｎＯ又はプラスチックシンチレータである、請求項１又は２に記載の質量分析装置。
4. 前記蛍光体と前記撮像部とを光学的に接続する接続部、を更に備え、
   前記接続部は、レンズ又はファイバオプティカルプレートである、請求項１～３のいずれか一項に記載の質量分析装置。
5. 前記接続部は、ファイバオプティカルプレートであり、
   前記蛍光体は、前記ファイバオプティカルプレートにおける前記撮像部とは反対側の一方の面に形成され、
   前記ファイバオプティカルプレートにおける前記一方の面とは反対側の他方の面は、前記撮像部に接続されている、請求項４に記載の質量分析装置。
6. 前記制御部は、前記エネルギー線が照射された時点を基準とする前記シャッター機構の開閉のタイミング、前記試料台と前記マイクロチャンネルプレートとの距離、及び前記イオン化試料の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、前記成分毎のタイミングを設定する、請求項１～５のいずれか一項に記載の質量分析装置。
7. イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、前記イオン化試料に応じて電子を放出する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後段に配置され、前記マイクロチャンネルプレートから放出された前記電子に応じて光を発する蛍光体と、前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備える撮像ユニットと、
   前記試料が載置される試料台と、
   前記試料に対してエネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する照射部と、
   前記シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
   前記蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下であり、
   前記制御部は、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
   前記制御部は、前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を前記撮像部に実行させ、
   前記制御部は、複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記特定成分を変更しながら、前記撮像部に前記撮像処理を実行させる、質量分析装置。
8. イオン化された試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられ、前記イオン化試料に応じて電子を放出する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後段に配置され、前記マイクロチャンネルプレートから放出された前記電子に応じて光を発する蛍光体と、前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部と、を備える撮像ユニットと、
   前記試料が載置される試料台と、
   前記試料に対してエネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する照射部と、
   前記シャッター機構の開閉動作を制御する制御部と、を備え、
   前記蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下であり、
   前記制御部は、前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を前記撮像部に実行させ、
   前記制御部は、複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記撮像処理を前記撮像部に実行させる、質量分析装置。
9. エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する第１工程と、
   前記エネルギー線の照射によってイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、前記イオン化試料に応じて電子を放出する第２工程と、
   前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、前記電子に応じて光を発する第３工程と、
   前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、前記光を撮像する第４工程と、
   前記撮像部によって撮像された画像のデータを処理する第５工程と、を含み、
   前記第４工程においては、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
   前記蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下であり、
   前記第４工程において、
   前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する第１イベントにおいて、ｎ個（ｎは２以上の整数）の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第１期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
   前記第１イベントとは異なる第２イベントにおいて、前記ｎ個の前記成分から特定成分を除いたｎ－１個の前記成分のそれぞれに対応する前記光が前記撮像部に到達する時点を含む第２期間に前記シャッター機構が前記開状態となるように前記シャッター機構の開閉を行い、
   前記第５工程において、前記第１イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像と前記第２イベントにおいて前記撮像部により撮像された画像との差分に基づいて、前記特定成分に対応する画像を取得する、質量分析方法。
10. 前記第４工程において、前記エネルギー線が照射された時点を基準とする前記シャッター機構の開閉のタイミング、前記試料が載置される試料台と前記マイクロチャンネルプレートとの距離、及び前記イオン化試料の飛行速度の少なくとも一つを調整することにより、前記成分毎のタイミングを設定する、請求項９に記載の質量分析方法。
11. エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する第１工程と、
    前記エネルギー線の照射によってイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、前記イオン化試料に応じて電子を放出する第２工程と、
    前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、前記電子に応じて光を発する第３工程と、
    前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、前記光を撮像する第４工程と、を含み、
    前記第４工程においては、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
    前記蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下であり、
    前記第４工程において、
    前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を実行し、
    複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記特定成分を変更しながら、前記撮像処理を実行する、質量分析方法。
12. エネルギー線を照射する照射部によって、試料に対して前記エネルギー線を照射することで、前記試料の複数の成分の位置情報を維持したまま前記複数の成分をイオン化する第１工程と、
    前記エネルギー線の照射によってイオン化された前記試料の成分であるイオン化試料の飛行経路上に設けられたマイクロチャンネルプレートによって、前記イオン化試料に応じて電子を放出する第２工程と、
    前記マイクロチャンネルプレートの後段に配置された蛍光体によって、前記電子に応じて光を発する第３工程と、
    前記蛍光体の後段に配置され、前記蛍光体からの前記光を通過させて前記光を撮像する開状態と前記蛍光体からの前記光を遮蔽して前記光を撮像しない閉状態とを切替可能に構成されたシャッター機構を有する撮像部によって、前記光を撮像する第４工程と、を含み、
    前記第４工程においては、前記成分毎のタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記複数の成分のそれぞれに対応する前記光を前記撮像部に撮像させ、
    前記蛍光体の残光時間は、１２ｎｓ以下であり、
    前記第４工程において、
    前記照射部による前記エネルギー線の１回の照射に対応する１回のイベント毎に、一の前記成分である特定成分に対応する前記光が前記撮像部に到達するタイミングで前記シャッター機構の開閉を行うことにより、前記特定成分に対応する前記光のみを撮像する撮像処理を前記撮像部に実行させ、
    複数の前記イベントにおいて、前記イベント毎に前記撮像処理を前記撮像部に実行させる、質量分析方法。

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