特開 2024-174502 イオン検出器及び分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174502

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】イオン検出器及び分析装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 43/20 20060101AFI20241210BHJP

   H01J 49/02 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

H01J43/20

H01J49/02 500

H01J49/02 200

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092359

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(72)【発明者】

【氏名】近藤 淳一

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 剛志

(57)【要約】

【課題】小型化とイオンの検出効率の向上との両立を図ることができるイオン検出器を提供する。
【解決手段】イオン検出器１は、イオンＰが入射することで電子Ｅを放出するコンバージョン領域３ａを有するコンバージョンダイノード３と、電子Ｅが入射する電子入射面４２ｂを有する電子増倍部４と、コンバージョン領域３ａから電子入射面４２ｂに進行する電子Ｅを通過させるアパーチャ５ａを有するアパーチャ電極５と、を備える。コンバージョン領域３ａは、電子Ｅを放出する空間側に凸状の領域である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンが入射することで電子を放出するコンバージョン領域を有するコンバージョンダイノードと、
前記電子が入射する電子入射面を有する電子増倍部と、
前記コンバージョン領域から前記電子入射面に進行する前記電子を通過させるアパーチャを有するアパーチャ電極と、を備え、
前記コンバージョン領域は、前記電子を放出する空間側に凸状の領域である、イオン検出器。

【請求項2】

前記コンバージョン領域は、前記アパーチャ電極の前記アパーチャを挟んで前記電子増倍部の前記電子入射面と向かい合っている、請求項１に記載のイオン検出器。

【請求項3】

前記コンバージョン領域は、前記アパーチャの中心線に垂直な方向から見た場合に、前記中心線に関して線対称な凸状の領域である、請求項２に記載のイオン検出器。

【請求項4】

前記コンバージョン領域は、前記凸状の領域が前記アパーチャの中心線と交差する方向に延在するように形成されている、請求項３に記載のイオン検出器。

【請求項5】

前記コンバージョンダイノードへ入射する前記イオンを導入するイオン入射口を有する仕切り部を更に備え、
前記イオン入射口は、前記イオン入射口の中心線が前記アパーチャの中心線及び前記コンバージョン領域の延在方向と交差するように配置されており、
前記電子増倍部の前記電子入射面は、前記コンバージョン領域の延在方向に沿って延在している、請求項４に記載のイオン検出器。

【請求項6】

前記仕切り部は、前記アパーチャ電極とともに、前記コンバージョンダイノードを包囲する包囲空間を形成する、請求項５に記載のイオン検出器。

【請求項7】

前記コンバージョン領域は、曲面状の領域である、請求項１～６のいずれか一項に記載のイオン検出器。

【請求項8】

前記コンバージョン領域の頂点に接する第１仮想面と前記コンバージョン領域における前記頂点以外の点に接する第２仮想面とが成す角度は、０度よりも大きく且つ６０度以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載のイオン検出器。

【請求項9】

前記コンバージョンダイノードに第１電位を付与し、前記電子増倍部の前記電子入射面に第２電位を付与し、前記アパーチャ電極に第３電位を付与する電位付与部と、を更に備え、
前記第２電位は、前記第１電位よりも高く、
前記第３電位は、前記第１電位以上であり且つ前記第２電位未満である、請求項１～６のいずれか一項に記載のイオン検出器。

【請求項10】

前記第１電位と前記第３電位との差は、前記第２電位と前記第３電位との差よりも小さい、請求項９に記載のイオン検出器。

【請求項11】

請求項１～６のいずれか一項に記載のイオン検出器を用いた、分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン検出器及び分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

イオン検出器として、イオンが入射することで電子を放出するコンバージョンダイノードと、コンバージョンダイノードから放出された電子を増倍する電子増倍部と、コンバージョンダイノードから放出された電子を電子増倍部の電子入射面に集束させるアパーチャ電極と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－０８６４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなイオン検出器では、イオンから電子への変換効率を高めるためにコンバージョンダイノードにその絶対値が大きい電位を付与する場合があるが、その場合、耐電圧性を確保する必要性から、コンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の距離を小さくすることが困難である。そこで、コンバージョンダイノードに付与する電位に、アパーチャ電極に付与する電位を近づけることでコンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の電位差を小さくし、コンバージョンダイノードとアパーチャ電極との距離を小さくすることが考えられる。しかし、その場合、コンバージョンダイノードから放出された電子が、コンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の電位差によって形成される電界だけでなく、コンバージョンダイノードと電子入射面との間の電位差によって形成される電界の影響も受けやすくなり、コンバージョンダイノードから放出された電子が、電子入射面の手前で集束されて、発散した状態で電子入射面に入射するおそれがある。その結果、電子入射面に入射する電子の量が減り、イオンの検出効率が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、小型化とイオンの検出効率の向上との両立を図ることができるイオン検出器及び分析装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のイオン検出器は、［１］「イオンが入射することで電子を放出するコンバージョン領域を有するコンバージョンダイノードと、前記電子が入射する電子入射面を有する電子増倍部と、前記コンバージョン領域から前記電子入射面に進行する前記電子を通過させるアパーチャを有するアパーチャ電極と、を備え、前記コンバージョン領域は、前記電子を放出する空間側に凸状の領域である、イオン検出器」である。

【0007】

上記［１］に記載のイオン検出器では、コンバージョンダイノードが、電子を放出する空間側に凸状の領域であるコンバージョン領域を有している。これにより、コンバージョン領域に電子が入射すると、コンバージョン領域から電子が発散して放出される。したがって、コンバージョンダイノードにその絶対値が大きい電位を付与する場合であってもコンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の距離を小さくできるとともに、コンバージョン領域から放出された電子を適切に電子入射面に集束させることが可能な電界を形成することができる。よって、上記［１］に記載のイオン検出器によれば、小型化とイオンの検出効率の向上との両立を図ることができる。

【0008】

本発明のイオン検出器は、［２］「前記コンバージョン領域は、前記アパーチャ電極の前記アパーチャを挟んで前記電子増倍部の前記電子入射面と向かい合っている、上記［１］に記載のイオン検出器」であってもよい。当該［２］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョン領域から放出された電子を電子入射面に集束させることが可能な電界を容易に且つ確実に形成することができる。したがって、コンバージョン領域から放出された電子を電子入射面に確実に入射させることができる。

【0009】

本発明のイオン検出器は、［３］「前記コンバージョン領域は、前記アパーチャの中心線に垂直な方向から見た場合に、前記中心線に関して線対称な凸状の領域である、上記［２］に記載のイオン検出器」であってもよい。当該［３］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョン領域から放出された電子を電子入射面に集束させることが可能な電界をより容易に且つより確実に形成することができる。したがって、コンバージョン領域から放出された電子を電子入射面に、より確実に入射させることができる。

【0010】

本発明のイオン検出器は、［４］「前記コンバージョン領域は、前記凸状の領域が前記アパーチャの中心線と交差する方向に延在するように形成されている、上記［３］に記載のイオン検出器」であってもよい。当該［４］に記載のイオン検出器によれば、放出された電子を電子入射面により確実に入射させることができるコンバージョン領域が、アパーチャの中心線と交差する方向に延在することで、イオンの検出効率のより一層の向上を図ることができる。

【0011】

本発明のイオン検出器は、［５］「前記コンバージョンダイノードへ入射する前記イオンを導入するイオン入射口を有する仕切り部を更に備え、前記イオン入射口は、前記イオン入射口の中心線が前記アパーチャの中心線及び前記コンバージョン領域の延在方向と交差するように配置されており、前記電子増倍部の前記電子入射面は、前記コンバージョン領域の延在方向に沿って延在している、上記［４］に記載のイオン検出器」であってもよい。当該［５］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョン領域から放出された電子の電子入射面への入射条件を当該延在方向において均一にする、且つ、電子増倍部の電子入射面における電子増倍条件を当該延在方向において均一にすることで、イオンの検出精度を向上させることができる。

【0012】

本発明のイオン検出器は、［６］「前記仕切り部は、前記アパーチャ電極とともに、前記コンバージョンダイノードを包囲する包囲空間を形成する、上記［５］に記載のイオン検出器」であってもよい。当該［６］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョンダイノードの周囲の電界を安定させ、コンバージョンダイノードにおけるイオンから電子への変換を安定して行うことができる。

【0013】

本発明のイオン検出器は、［７］「前記コンバージョン領域は、曲面状の領域である、上記［１］～［６］のいずれか一つに記載のイオン検出器」であってもよい。当該［７］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョン領域から放出される電子の発散状態を所望の発散状態にすることができる。したがって、コンバージョン領域から放出された電子を電子入射面に確実に入射させることができる。

【0014】

本発明のイオン検出器は、［８］「前記コンバージョン領域の頂点に接する第１仮想面と前記コンバージョン領域における前記頂点以外の点に接する第２仮想面とが成す角度は、０度よりも大きく且つ６０度以下である、上記［１］～［７］のいずれか一つに記載のイオン検出器」であってもよい。当該［８］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョン領域から放出された電子が過度に発散することを抑制することができる。したがって、コンバージョン領域から放出された電子を電子入射面に確実に入射させることができる。

【0015】

本発明のイオン検出器は、［９］「前記コンバージョンダイノードに第１電位を付与し、前記電子増倍部の前記電子入射面に第２電位を付与し、前記アパーチャ電極に第３電位を付与する電位付与部と、を更に備え、前記第２電位は、前記第１電位よりも高く、前記第３電位は、前記第１電位以上であり且つ前記第２電位未満である、上記［１］～［８］のいずれか一つに記載のイオン検出器」であってもよい。当該［９］に記載のイオン検出器によれば、電位付与部を用いることにより、コンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の距離を小さくできるとともに、コンバージョン領域から放出された電子を適切に電子入射面に集束させることが可能な電界を具体的に形成することができる。

【0016】

本発明のイオン検出器は、［１０］「前記第１電位と前記第３電位との差は、前記第２電位と前記第３電位との差よりも小さい、上記［９］に記載のイオン検出器」であってもよい。当該［１０］に記載のイオン検出器によれば、コンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の電位差を更に小さくし、コンバージョンダイノードとアパーチャ電極との間の距離を更に小さくすることができる。

【0017】

本発明の分析装置は、［１１］「上記［１］～［１０］のいずれか一つに記載のイオン検出器を用いた、分析装置」であってもよい。当該［１１］に記載の分析装置によれば、小型化とイオンの検出効率の向上との両立を図ることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、小型化とイオンの検出効率の向上との両立を図ることができるイオン検出器及び分析装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一実施形態のイオン検出器の構成図である。

【図2】図１に示されるイオン検出器が備えるコンバージョンダイノードの斜視図である。

【図3】イオン検出器において形成される電界分布の例を示す図である。

【図4】変形例のコンバージョンダイノードの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0021】

図１に示されるように、イオン検出器１は、仕切り部２、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４、アパーチャ電極５及び電位付与部６を備えている。イオン検出器１は、質量分析装置（分析装置）２００におけるイオン検出器収容筐体（図示省略）の内部に収容されており、真空空間内に配置されている。仕切り部２の材料は、例えばステンレス鋼等の金属である。仕切り部２は、Ｘ軸方向を厚さ方向とする板状の部材である。仕切り部２の壁部２１には、イオン入射口２１ａが形成されている。イオン入射口２１ａは、Ｘ軸方向に平行な中心線Ａ１を有している。Ｘ軸方向から見た場合におけるイオン入射口２１ａの形状は、例えば円形状である。以下、Ｘ軸方向に垂直な一方向をＹ軸方向といい、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向に垂直な方向をＺ軸方向という。なお、イオン入射口２１ａは、イオン入射口２１ａの中心線Ａ１が後述するアパーチャ５ａの中心線Ａ２及び後述するコンバージョン領域３ａの延在方向と交差するように配置されており、本実施形態においては、イオン入射口２１ａの中心線Ａ１、アパーチャ５ａの中心線Ａ２及びコンバージョン領域３ａの延在方向は全て垂直に交わっており、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に相当する。

【0022】

本実施形態では、イオン検出器１は、質量分析装置２００の一部として用いられている。質量分析装置２００では、例えば光イオン化用の重水素ランプによって試料が照射されることで、試料がイオン化される。質量分析装置２００は、例えば四重極を用いることで、生成されたイオンから測定対象であるイオンＰを選別する。測定対象であるイオンＰは、イオン入射口２１ａを介して、イオン検出器１内に導入される。イオン検出器１は、入射したイオンＰを検出する。イオン検出器１は、イオンＰが正イオンであっても負イオンであっても検出は可能だが、本実施形態では、イオンＰを、正イオンとして記載する。また、イオン検出器収容筐体（図示省略）の電位を、グランド電位として記載する。

【0023】

コンバージョンダイノード３は、コンバージョン領域３ａを含む表面を有している。コンバージョン領域３ａは、イオンＰが入射することで電子Ｅを放出する。コンバージョンダイノード３の材料は、例えばステンレス鋼等の金属である。コンバージョンダイノード３は、支持部材（図示省略）によって支持されている。コンバージョンダイノード３は、中心線Ａ１に対してＹ軸方向における一方の側に配置されている。コンバージョン領域３ａは、中心線Ａ１を含んでおり且つＺ軸方向に垂直な平面α上において、Ｙ軸方向における他方の側（中心線Ａ１側）に向いている。コンバージョン領域３ａは、後述するアパーチャ５ａの中心線Ａ２（平面αに含まれており且つＹ軸方向に平行な中心線Ａ２）に一致した中心線を有している。コンバージョン領域３ａは、Ｘ軸方向から見た場合に、イオン入射口２１ａと重なっておらず、壁部２１と重なっている。これにより、質量分析装置２００において発生し、且つノイズとなり得る迷光がコンバージョンダイノード３に入射することを抑制することができる。

【0024】

コンバージョンダイノード３には、電位付与部６によって第１電位が付与される。第１電位は、イオンＰの極性と逆極性の電位であり、本実施形態では負の電位である。一例として、第１電位は、－１０ｋＶである。これにより、入射したイオンＰは、イオン入射口２１ａの中心線Ａ１からＹ軸方向における一方側に徐々に離れつつ、コンバージョン領域３ａに向かって進行する。そして、イオンＰが例えば１０ｋｅＶのエネルギーでコンバージョン領域３ａに入射することで、コンバージョン領域３ａから電子Ｅが放出される。放出される電子Ｅの量は、コンバージョン領域３ａに入射するイオンＰのエネルギーが高いほど多くなる。つまり、第１電位の絶対値を高くするほど、イオンＰから電子Ｅへの変換効率を高くすることができる。

【0025】

電子増倍部４は、中心線Ａ１に対してＹ軸方向における他方の側（コンバージョンダイノード３とは反対側）に配置されている。本実施形態では、電子増倍部４は、金属製の壁部４１、複数のダイノード４２、及びアノード４３を有している。電子増倍部４は、支持部材（図示省略）によって支持されている。壁部４１には、電子Ｅを通過させる電子通過口４１ａが形成されている。電子通過口４１ａは、Ｙ軸方向においてコンバージョン領域３ａと向かい合っており、中心線Ａ２に一致した中心線を有している。Ｙ軸方向から見た場合における電子通過口４１ａの形状は、例えば円形状である。複数のダイノード４２、及びアノード４３は、平面α上において並んでいる。各ダイノード４２及びアノード４３の材料は、例えばステンレス鋼等の金属である。複数のダイノード４２のうち、第１段ダイノード４２ａは、Ｙ軸方向において電子通過口４１ａと向かい合っており、電子入射面４２ｂを有している。なお、電子増倍部４における電子入射面４２ｂとは、電子増倍部４において、コンバージョンダイノード３のコンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅが一番最初に入射する部位である。電子増倍部４では、電子通過口４１ａを通過した電子Ｅが第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂに入射することで、第１段ダイノード４２ａから二次電子（図示省略）が放出される。当該二次電子は、後段の各ダイノード４２によって増倍され、アノード４３に入射する。アノード４３は、当該二次電子をパルス信号として出力するように構成されている。また、第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂは、後述するコンバージョン領域３ａの延在方向、つまり本実施形態におけるＺ軸方向に沿って延在している。つまり、第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂは、コンバージョン領域３ａと対向するように延在しており、コンバージョン領域３ａの凸状の領域に対して、凹状の領域を有するように形成されている。

【0026】

第１段ダイノード４２ａには、電位付与部６によって第２電位が付与される。つまり、電子入射面４２ｂには、電位付与部６によって第２電位が付与される。第２電位は、コンバージョンダイノード３の第１電位よりも高い。一例として、第２電位は、－２ｋＶである。第１段ダイノード４２ａ以外の各ダイノード４２には、第１段ダイノード４２ａから放出された二次電子が後段の各ダイノード４２に順次進行するように、電位付与部６によって所定の電位が付与される。アノード４３は、グランド電位に設定される。イオン検出器１では、電子増倍部４の壁部４１には、電位付与部６によって第２電位が付与される。

【0027】

アパーチャ電極５は、コンバージョンダイノード３と電子増倍部４との間に配置されている。より具体的には、アパーチャ電極５は、中心線Ａ１に対してＹ軸方向における他方の側（コンバージョンダイノード３とは反対側）に配置されている。本実施形態では、アパーチャ電極５は、Ｙ軸方向を厚さ方向とする板状の電極であり、コンバージョンダイノード３が配置された空間と電子増倍部４が配置された空間とを仕切るように、Ｙ軸方向に垂直な平面に沿って延在している。アパーチャ電極５の材料は、例えばステンレス鋼等の金属である。アパーチャ電極５には、コンバージョン領域３ａから第１段ダイノード４２ａに進行する電子Ｅを通過させるアパーチャ５ａが形成されている。アパーチャ５ａは、平面α上において、コンバージョン領域３ａ及び第１段ダイノード４２ａのそれぞれと向かい合っており、平面αに含まれており且つＹ軸方向に平行な中心線Ａ２を有している。Ｙ軸方向から見た場合におけるアパーチャ５ａの形状は、例えば円形状である。

【0028】

アパーチャ電極５には、電位付与部６によって第３電位が付与される。第３電位は、コンバージョンダイノード３の第１電位以上であり且つ第１段ダイノード４２ａの第２電位未満である。一例として、第３電位は、－９．５ｋＶである。

【0029】

電位付与部６は、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５のそれぞれに所定の電位を付与する。電位付与部６は、配線等によって、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５のそれぞれと電気的に接続されている。上述したように、電位付与部６は、第１電位（例えば－１０ｋＶ）をコンバージョンダイノード３に付与し、第１電位よりも高い第２電位（例えば－２ｋＶ）を電子増倍部４の第１段ダイノード４２ａに付与し、第１電位以上であり且つ第２電位未満である第３電位（例えば－９．５ｋＶ）をアパーチャ電極５に付与する。本実施形態では、電位付与部６は、第１電位（例えば－１０ｋＶ）と第３電位（例えば－９．５ｋＶ）との差が、第２電位（例えば－２ｋＶ）と第３電位（例えば－９．５ｋＶ）との差よりも小さくなるように、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５のそれぞれに所定の電位を付与する。電位付与部６は、イオン検出器収容筐体（図示省略）内に配置されていてもよいし、イオン検出器収容筐体（図示省略）外に配置されていていてもよい。一例として、電位付与部６は、複数の電位を供給可能な電源部であって、例えば、複数の高圧発生部及びその制御部を備えた電源部でもよいし、単一の昇圧部と抵抗分割からなる高圧発生部及びその制御部を備えた電源部等によって構成されていてもよい。

【0030】

本実施形態では、コンバージョン領域３ａは、アパーチャ５ａ及び電子通過口４１ａを挟んで第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂと向かい合っている。コンバージョン領域３ａ、アパーチャ５ａ、電子通過口４１ａ、複数のダイノード４２、及びアノード４３は、平面α上において並んでいる。アパーチャ５ａの中心線Ａ２は、イオン入射口２１ａの中心線Ａ１と交差しており、本実施形態においては直交している。コンバージョン領域３ａの中心線及び電子通過口４１ａの中心線のそれぞれは、アパーチャ５ａの中心線Ａ２と一致している。換言すれば、アパーチャ５ａ、コンバージョン領域３ａ及び電子通過口４１ａは、同一の中心線Ａ２を有している。Ｙ軸方向から見た場合に、アパーチャ５ａの外縁は、コンバージョン領域３ａの外縁の内側に位置している。Ｙ軸方向から見た場合に、電子通過口４１ａの外縁は、アパーチャ５ａの外縁の内側に位置している。

【0031】

以上のように構成されたイオン検出器１では、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５のそれぞれに、電位付与部６によって所定の電位が付与される。この状態で、イオンＰがイオン入射口２１ａから入射し、形成された電界によってイオンＰがコンバージョンダイノード３のコンバージョン領域３ａに向かって進行する。そして、イオンＰがコンバージョン領域３ａに入射すると、コンバージョン領域３ａから電子Ｅが放出される。コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅは、アパーチャ電極５のアパーチャ５ａ、及び電子増倍部４の電子通過口４１ａを通過して、第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂに入射する。第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂに電子Ｅが入射すると、第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂから二次電子（図示省略）が放出される。当該二次電子は、後段の各ダイノード４２によって増倍され、アノード４３に入射する。そして、アノード４３が当該二次電子をパルス信号として出力することで、イオン検出器１はイオンＰを検出する。アパーチャ電極５は、ノイズとなり得る電子又はイオンが電子増倍部４に入射することを抑制する。

【0032】

図１及び図２に示されるように、コンバージョン領域３ａは、電子Ｅを放出する空間側に凸状の領域である。イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａは、平面αに垂直なＺ軸方向（アパーチャ５ａの中心線Ａ２に垂直な方向）から見た場合に、中心線Ａ２に関して線対称な凸状の領域である。つまり、コンバージョン領域３ａの頂点は、Ｚ軸方向から見た場合、中心線Ａ２上に位置している。また、コンバージョン領域３ａは、凸状の領域が平面αに垂直なＺ軸方向（アパーチャ５ａの中心線Ａ２と交差する方向、本実施形態においては垂直に交差する方向）に延在するように形成されている。コンバージョン領域３ａは、滑らかな曲面状の領域であり、Ｚ軸方向に沿って同一の断面形状を維持している。つまり、本実施形態におけるコンバージョンダイノード３では、コンバージョン領域３ａが、電子Ｅを放出する空間側に向かって緩やかに突出する円弧状部がイオン入射口２１ａの中心線Ａ１とアパーチャ５ａの中心線Ａ２とに垂直な方向に連続的に延在して形成された形状を有している。コンバージョンダイノード３は、コンバージョン領域３ａの反対側の面とコンバージョン領域３ａとを接続する端面が平坦な面から形成された電極であり、当該端面のいずれかに電位付与部６との電気的接続部を有する。コンバージョン領域３ａの頂点に接する第１仮想面Ｋ１とコンバージョン領域３ａにおける頂点以外の点に接する第２仮想面Ｋ２とが成す角度は、例えば０度よりも大きく且つ６０度以下である。

【0033】

以上説明したように、イオン検出器１では、コンバージョンダイノード３が、電子Ｅを放出する空間側に凸状の領域であるコンバージョン領域３ａを有している。これにより、コンバージョン領域３ａに電子Ｅが入射すると、コンバージョン領域３ａから電子Ｅが発散して放出される。したがって、コンバージョンダイノード３にその絶対値が大きい電位を付与する場合であってもコンバージョンダイノード３とアパーチャ電極５との間の距離を小さくできるとともに、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに集束させることが可能な電界を形成することができる。よって、イオン検出器１によれば、小型化とイオンの検出効率の向上との両立を図ることができる。

【0034】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａが、アパーチャ電極５のアパーチャ５ａを挟んで電子増倍部４の電子入射面４２ｂと向かい合っている。これにより、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに集束させることが可能な電界を容易且つ確実に形成することができる。したがって、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに確実に入射させることができる。

【0035】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａが、アパーチャ５ａの中心線Ａ２に垂直なＺ軸方向から見た場合に、中心線Ａ２に関して線対称な凸状の領域である。これにより、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに集束させることが可能な電界をより容易且つより確実に形成することができる。したがって、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに、より確実に入射させることができる。

【0036】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａは、凸状の領域がアパーチャ５ａの中心線Ａ２と交差する方向に延在するように形成されている。これにより、放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂにより確実に入射させることができるコンバージョン領域３ａが、アパーチャ５ａの中心線Ａ２と交差する方向に延在する。言い換えれば、アパーチャ５ａの中心線Ａ２と交差する方向に沿ったコンバージョン領域３ａの面積が大きくなる。したがって、イオンの検出効率のより一層の向上を図ることができる。

【0037】

イオン検出器１は、コンバージョンダイノード３へ入射するイオンＰを導入するイオン入射口２１ａを有する仕切り部２を備え、イオン入射口２１ａは、イオン入射口２１ａの中心線Ａ１がアパーチャ５ａの中心線Ａ２及びコンバージョン領域３ａの延在方向と交差するように配置されており、電子増倍部４の電子入射面４２ｂは、コンバージョン領域３ａの延在方向に沿って延在している。これにより、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅの電子入射面４２ｂへの入射条件を当該延在方向において均一にする、且つ、電子増倍部４の電子入射面４２ｂにおける電子増倍条件を当該延在方向において均一にすることで、イオンの検出精度を向上させることができる。

【0038】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａが、滑らかな曲面状の領域である。これにより、コンバージョン領域３ａから放出される電子Ｅの発散状態を所望の発散状態にすることができる。したがって、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに確実に入射させることができる。

【0039】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａの頂点に接する第１仮想面Ｋ１とコンバージョン領域３ａにおける頂点以外の点に接する第２仮想面Ｋ２とが成す角度が、０度よりも大きく且つ６０度以下である。これにより、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅが過度に発散することを抑制することができる。したがって、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを電子入射面４２ｂに確実に入射させることができる。

【0040】

イオン検出器１は、コンバージョンダイノード３に第１電位を付与し、電子増倍部４の電子入射面４２ｂに第２電位を付与し、アパーチャ電極５に第３電位を付与する電位付与部６と、を備え、第２電位は、第１電位よりも高く、第３電位は、第１電位以上であり且つ第２電位未満である。電位付与部６を用いることにより、コンバージョンダイノード３とアパーチャ電極５との間の距離を小さくできるとともに、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅを適切に電子入射面４２ｂに集束させることが可能な電界を具体的に形成することができる。

【0041】

イオン検出器１では、第１電位と第３電位との差が、第２電位と第３電位との差よりも小さい。これにより、コンバージョンダイノード３とアパーチャ電極５との間の電位差を更に小さくし、コンバージョンダイノード３とアパーチャ電極５との間の距離を更に小さくすることができる。

【0042】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａ、アパーチャ５ａ、及び複数のダイノード４２が、平面α上において並んでおり、コンバージョン領域３ａが、平面αに垂直なＺ軸方向から見た場合に凸状の領域である。これにより、平面αに沿って電子Ｅの軌道が形成されるため、イオン検出器１の各部の設計を容易化することができる。

【0043】

図３の（ａ），（ｂ）を参照して、上述したコンバージョン領域３ａの形状の利点について説明する。図３の（ａ）では、上述したイオン検出器１とは異なるイオン検出器１０１において形成される電界分布が等電位線により示されている。イオン検出器１０１は、コンバージョンダイノード１０３が有するコンバージョン領域１０３ａの形状がコンバージョン領域３ａの形状と異なっている点でイオン検出器１と相違している。コンバージョン領域１０３ａは、電子Ｅを放出する空間とは逆側に凹状の領域であり、従来の一般的なコンバージョンダイノードに採用される形状である。イオン検出器１０１では、コンバージョン領域１０３ａは、平面αに垂直なＺ軸方向（アパーチャ５ａの中心線Ａ２に垂直な方向）から見た場合に、中心線Ａ２（図１参照）に関して線対称な凹状の領域である。図３の（ｂ）では、上述したイオン検出器１において形成される電界分布が等電位線により示されている。なお、上述したように、コンバージョンダイノード３及びコンバージョンダイノード１０３の第１電位は－１０ｋＶであり、第１段ダイノード４２ａの第２電位は－２ｋＶであり、アパーチャ電極５の第３電位は－９．５ｋＶである。このような電位を各部材に付与することで、イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａから放出された電子Ｅが第１段ダイノード４２ａに進行するような電界が形成されており、イオン検出器１０１では、コンバージョン領域１０３ａから放出された電子Ｅが第１段ダイノード４２ａに進行するような電界が形成されている。

【0044】

図３の（ａ）に示されるように、コンバージョン領域１０３ａから放出された電子Ｅは、まずコンバージョン領域１０３ａの近傍に形成された電界ＥＦ１の影響を受けてアパーチャ５ａに進行する。次に、電子Ｅは、アパーチャ５ａの近傍に形成された電界ＥＦ２であって、アパーチャ５ａからコンバージョン領域１０３ａに向かって広がっている電界ＥＦ２の影響を受けて集束する。つまり、Ｚ軸方向から見た場合に、電子Ｅがアパーチャ５ａの中心線Ａ２（図１参照）上に集束する。コンバージョン領域１０３ａとアパーチャ電極５との間の距離が小さい場合、電界ＥＦ２の電子Ｅへの影響が大きくなるため、電子Ｅが集束されやすくなる。これにより、イオン検出器１０１では、電子Ｅが第１段ダイノード４２ａの手前で集束されて、発散した状態で第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂに入射する。

【0045】

図３の（ｂ）に示されるように、イオン検出器１では、電子Ｅは、まずコンバージョン領域３ａから発散する方向に放出される。これは、コンバージョン領域３ａが凸状の領域であり、且つ、電子Ｅがコンバージョン領域３ａに垂直な方向に沿って放出されやすいためである。加えて、放出された電子Ｅは、コンバージョン領域３ａの近傍に形成された電界ＥＦ３の影響を受けてより発散する。つまり、イオン検出器１では、電子Ｅは、コンバージョン領域３ａの形状により発散すると共に、電界ＥＦ３の影響を受けて発散する。次に、電子Ｅは、アパーチャ５ａの近傍に形成された電界ＥＦ４であって、アパーチャ５ａからコンバージョン領域３ａに向かって広がっている電界ＥＦ４の影響を受けて集束する。イオン検出器１では、電子Ｅが発散しているため、電界ＥＦ４の電子Ｅへの影響が大きい場合であっても、電子Ｅの集束点Ｆ２を第１段ダイノード４２ａに近づけることができる。これにより、イオン検出器１では、イオン検出器１０１における集束点Ｆ１と比べ、電子Ｅの集束点Ｆ２が第１段ダイノード４２ａに近づいている。その結果、イオン検出器１では、電子Ｅが集束した状態で第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂに入射するため、イオン検出器１０１の場合と比べ、第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂに入射する電子Ｅの量が増加する。なお、集束点Ｆ２は、第１段ダイノード４２ａの電子入射面４２ｂ上に位置していてもよい。

【0046】

本発明は、上述した実施形態に限定されない。イオン検出器１では、コンバージョンダイノード３のコンバージョン領域３ａは、滑らかな曲面状の領域であり、Ｚ軸方向に沿って同一の断面形状を維持していたが、コンバージョン領域３ａは、電子Ｅを放出する空間側に凸状の領域であればよい。一例として、コンバージョン領域３ａは、滑らかな曲面状の代わりに多角形状でもよいし、図４に示されるように、半球面状の領域であってもよい。他の例として、コンバージョンダイノード３が角錐状の部分を含み、且つ、コンバージョン領域３ａは、当該角錐状の部分の表面であってもよい。

【0047】

イオン検出器１では、仕切り部２は、アパーチャ電極５とともに、コンバージョンダイノード３を包囲する包囲空間を形成してもよい。一例として、仕切り部２の形状は箱状であってもよい。この場合、コンバージョンダイノード３の周囲の電界を安定させ、コンバージョンダイノード３におけるイオンから電子への変換を安定して行うことができる。

【0048】

イオン検出器１では、一つの電位付与部６が、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５のそれぞれに所定の電位を付与するが、複数の電位付与部６のそれぞれが、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５の少なくとも一つに所定の電位を付与してもよい。

【0049】

イオン検出器１では、第１仮想面Ｋ１と第２仮想面Ｋ２とが成す角度が、０度よりも大きく且つ６０度以下であったが、第１仮想面Ｋ１と第２仮想面Ｋ２とが成す角度は、６０度を超えていてもよい。

【0050】

イオン検出器１では、電子増倍部４は、ダイノード構造を有する構造であったが、電子増倍部４は、チャンネル型電子増倍部、マイクロチャンネルプレート、半導体検出器であってもよい。また、電子増倍部４は、マイクロチャンネルプレートと半導体検出器とを組み合わせたものや、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたものであってもよい。

【0051】

イオン検出器１では、コンバージョン領域３ａは、アパーチャ電極５のアパーチャ５ａを挟んで電子増倍部４の電子入射面４２ｂと向かい合っていなくてもよい。一例として、コンバージョン領域３ａは、平面α上において、Ｘ軸方向における一方の側（中心線Ａ２側）に向いていてもよい。Ｙ軸方向から見た場合に、アパーチャ５ａの外縁は、コンバージョン領域３ａの外縁の外側に位置していてもよい。

【0052】

イオン検出器１では、電位付与部６が、第１電位（例えば－１０ｋＶ）をコンバージョンダイノード３に付与し、第２電位（例えば－２ｋＶ）を電子増倍部４の第１段ダイノード４２ａに付与し、第３電位（例えば－９．５ｋＶ）をアパーチャ電極５に付与するが、第１電位、第２電位及び第３電位の値は、上記値に限定されない。他の例として、例えばイオンＰとして負イオンを検出する場合には、電位付与部６は、第１電位（例えば＋１０ｋＶ）をコンバージョンダイノード３に付与し、第２電位（例えば＋１１ｋＶ）を電子増倍部４の第１段ダイノード４２ａに付与し、第３電位（例えば＋１０．５ｋＶ）をアパーチャ電極５に付与してもよい。つまり、電位付与部６は、第１電位と第３電位との差が、第２電位と第３電位との差以上になるように、コンバージョンダイノード３、電子増倍部４及びアパーチャ電極５のそれぞれに所定の電位を付与してもよい。

【0053】

イオン検出器１は、ＴＯＦ（Time of Flight）を用いる質量分析装置の一部として用いられてもよく、プラズマをイオン源として利用する質量分析装置の一部として用いられてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１…イオン検出器、２…仕切り部、３…コンバージョンダイノード、３ａ…コンバージョン領域、４…電子増倍部、５…アパーチャ電極、５ａ…アパーチャ、６…電位付与部、２１ａ…イオン入射口、４２ｂ…電子入射面、２００…質量分析装置（分析装置）、Ａ１，Ａ２…中心線、Ｅ…電子、Ｋ１…第１仮想面、Ｋ２…第２仮想面、Ｐ…イオン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】