MCP单元、MCP检测器和飞行时间型质谱分析器

摘要

本发明的MCP单元具有具备不依赖于MCP的通道直径所引起的限制而实现所期望的时间响应特性的构造的三极管构造，具备MCP群、第1电极、第2电极、阳极、以及加速电极。特别地，该MCP单元具备配置在加速电极与阳极之间的环型构件作为将响应于来自MCP群的二次电子的入射而从阳极放出的反射电子局限在加速电极与阳极之间的空间的限制构造。

说明书

技术领域

本发明涉及作为飞行时间型质量分析法等所利用的检测器的主要 部分并具有电子或离子等的荷电粒子的培增功能的MCP单元、包含该 MCP单元的MCP检测器以及包含该MCP检测器的飞行时间型分析 器。

背景技术

作为检测高分子的分子量的方法，众所周知的有飞行时间型质量 分析法（TOF-MS：Time of Flight Mass Spectrometry）。图1是用于说 明利用该TOF-MS的分析装置（以下，称为TOF-MS装置）的构造的 图。

如图1所示，TOF-MS装置中，在真空容器110内的一端配置有检 测器100，在该真空容器110内的另一端配置有样品（作为试样的离子 源）120。在两者之间，配置有具有开口的环状的电极130（离子加速 器）。当电极130接地并从离子抽出系统（包含激光光源）对被施加了 规定电压的样品120照射激光束时，从样品120放出的离子被样品120 与电极130之间所形成的电场加速，向检测器100撞击。在样品120 到电极130之间赋予离子的加速能量由离子电荷决定。因此，若离子 电荷相同，则通过电极130时的速度依赖于离子的质量。另外，由于 在电极130与检测器100之间离子以固定速度飞行，因而电极130与 检测器100之间的飞行时间与速度成反比例。即，分析部通过求出从 该电极130到检测器100的飞行时间来决定离子的质量（用示波器监 测来自检测器100的输出电压）。可以在视觉上从示波器上所表示的输 出电压的时间谱所呈现的峰值的产生时间来进行离子的质量判定。

作为可以适用于这样的TOF-MS装置的检测器，众所周知的有例 如美国专利第7564043号（专利文献1）所公开的MCP检测器。图2 是作为可以适用于TOF-MS装置的检测器的一个例子，专利文献1所 公开的具有三极管构造（Triode-structure）的MCP检测器的等效电路 图。图2所示的MCP检测器100a容纳在将内部维持在规定的真空度 的真空容器内。再有，真空容器由导电材料构成（金属筐体），设定在 地电位。MCP检测器100a中，2块微通道板（MCP：Micro Channel Plate） 20,21（以下，称为MCP群2）用在各自的中央设置有开口的IN电极 1与OUT电极3夹入。在OUT电极3的后方配置有阳极4，而且在 OUT电极3与阳极4之间配置有具有金属网的加速电极5。另外，真 空容器连接于信号读出用的BNC端子（Bayonet Neil-Concelman  connector）6的屏蔽侧，而BNC端子6的芯线经由电容器62而连接于 阳极4。在该电容器62，有通过使输出绝缘而将信号输出电平设为GND 电平的功能。此外，在BNC端子6的屏蔽侧与OUT电极3之间、以 及BNC端子6的屏蔽侧与加速电极5之间也分别配置有电容器80,90。 加速电极5与阳极4的间隔B比MCP群2与加速电极5的间隔A设 定得更宽。

在具有上述那样的构造的MCP检测器100a中，以IN电极1所设 定的负电位为基准，OUT电极3设定在比IN电极1高的负电位。加速 电极5和阳极4设定在比OUT电极3高的负电位。再有，加速电极5 与阳极4可以设定在同一电位。如此，MCP检测器100a具有阳极电位 不接地的浮动阳极构造。

经由BNC端子6的芯线而取出的来自阳极4的信号被放大器 （Amp）放大后，被取到分析部。具体而言，MCP检测器100a中，当 荷电粒子入射到MCP群2时，响应于此而从MCP群2放出大量电子 （在MCP各个中被倍增的二次电子）。这样所放出的二次电子到达阳 极4，作为电压或电流变化被变换成电信号（从BNC端子6的芯线输 出信号）。此时，通过设置在阳极4与芯线之间的电容器62，检测信号 在接地电位被输出到外部，另外，通过分别设置在BNC端子6的屏蔽 侧与OUT电极3之间、以及BNC端子6的屏蔽侧与加速电极5之间 的电容器80,90，抑制输出信号的波形失真或过冲（overshoot）（瞬变 (ringing)）的发生。

发明内容

近年来，TOF-MS中，由于起因于离子化方法或离子光学的发展 的从离子源到检测器的领域的特性改善、或起因于电子学的发展的解 析系统的特性改善，逐渐要求检测器进一步的特性提高。上述的专利 文献1所公开的三极管构造的MCP检测器作为响应这样的要求的电子 器件，不依赖MCP的通道直径所引起的限制而实现所期望的时间响应 特性，因而可以任意地控制时间谱的检测峰值的上升沿时间和下降沿 时间。然而，通过发明者等的研究发现，即使是这样具有优异的检测 特性的三极管构造的MCP检测器，根据使用环境的不同，会有其检测 特性的稳定性受损的可能性。

即，三极管构造的MCP检测器的时间响应特性的评价，如图3A 所示，在容纳该MCP检测器的真空容器等的不易受外部电位源的影响 的环境下进行。如此，在不易受到外部电位源的影响的环境下（图3A）， 得到图3B所示那样的阳极输出（电压信号）的信号波形。另一方面， 实际上，如图4A所示的那样，阳极4设定在负电位的MCP检测器在 设定在地电位的容纳在金属筐体内的环境下使用。特别地，在使用MCP 检测器时，得到与筐体内壁充分相离的状态下使用该MCP检测器的情 况下稳定的时间响应特性，但出于近年来装置小型化要求，而处在难 以充分确保该MCP检测器与筐体内壁的距离的情况。因此，在MCP 检测器的近旁配置有作为外部电位源而设定在地电位的金属筐体的环 境下（图4A）中，得到图4B所示那样的阳极输出的信号波形。

再有，图3A和图4A各自所示的等电位线表示加速电极5与阳极 4设定在同电位的状况下的等电位线。另外，在表示在不易受到外部电 位源的影响的环境下的测量结果的图3B中，曲线图G310表示从具有 三极管构造的MCP检测器所得到的阳极输出，曲线图G320表示从具 有在MCP群2与阳极4之间不设置加速电极的二极管构造 （bipolar-structure）的MCP检测器所得到阳极输出。另外，在表示在 容易受到外部电位源的影响的环境下的测量结果的图4B中，曲线图 G410表示从具有三极管构造的MCP检测器所得到的阳极输出，曲线 图G420作为参考例，表示具有在不易受到外部电位源的影响的环境下 的三极管构造的MCP检测器的阳极输出（与图3B中的曲线图G310 一致）。

从图3B中的曲线图G310与图4B中的曲线图G410的比较可知， 在图4A的环境下，在超过曲线图G410的用箭头P表示的部分即负峰 值后，过冲（瞬变）会发生。过冲是指来自阳极4的电压信号超过负 的峰值后暂时上升为正的现象。

在验证过冲发生的机制时，试着比较图3A的环境下的电场分布与 图4A的环境下的电场分布，可知在图3A的环境下，MCP检测器周边 的电场的散乱少，MCP检测器内的设定电位稳定。在MCP群2与阳 极4之间特别是加速电极5与阳极4之间的电场稳定的情况下，可以 认为，即使通过从MCP群2放出的电子向阳极4冲击而产生反射电子 （主要包含在阳极4弹性散射的二次电子或由电子冲击而新产生的二 次电子），所产生的反射电子以等速运动被吸收到阳极4、加速电极5， 因而得到图3B中所示的曲线图G310那样的阳极输出的信号波形。另 一方面，在图4A的环境下，可知设定在负电位的阳极4与设定在地电 位的筐体内壁接近，因而MCP检测器周边的电场散乱，等电位线侵入 加速电极5与阳极4之间的空间内。在这种情况下，可以认为，从阳 极4放出的反射电子不被吸收到阳极4而在短时间到达筐体的内壁的 可能性增大，成为过冲发生的要因。即，当从MCP群2放出的二次电 子向阳极4冲击时，从该阳极4放出的反射电子向筐体的内壁飞出而 导致阳极4内的电子暂时不足可以认为是过冲发生的要因之一。

本发明是为了解决上述那样的技术问题而做出的，其目的在于提 供不被外部环境影响并具备用于得到稳定的时间响应特性的构造的 MCP单元、包含该MCP单元的MCP检测器以及包含该MCP检测器 的飞行时间型分析器。

由于本发明的所涉及的MCP单元不依赖于MCP的通道所引起的 限制而实现所期望的时间响应特性，因此，作为可以任意地控制时间 谱的检测峰值的上升沿时间和下降沿时间的MCP单元，具备MCP、 第1电极、第2电极、阳极、以及加速电极。特别地，本发明所涉及 的MCP单元还具备用于响应于来自MCP的二次电子的入射而将从阳 极放出的反射电子（二次电子）局限在加速电极与阳极之间的空间内 的限制构造。再有，MCP响应于配置在与该MCP单元的中心轴交叉 的平面上的沿着该中心轴移动的荷电粒子的入射，而放出在内部被倍 增的二次电子。另外，MCP具有入射有荷电粒子的入射面、以及与该 入射面相对并且将该二次电子出射的出射面。第1电极是接触于MCP 的入射面的电极，并设定在第1电位。第2电极是接触于MCP出射面 的电极，并设定在比第1电位高的第2电位。阳极是配置在从MCP的 出射面放出的二次电子到达的位置的电极。该阳极在与中心轴交叉的 状态下配置，并且设定在比第2电位高的第3电位。加速电极是配置 在MCP与阳极之间的电极，并设定在比第2电位高的第4电位。另外， 加速电极具有用于使从MCP的出射面向阳极的二次电子通过的多个开 口。

在上述限制构造，可以通过将加速电极与阳极之间的空间与该 MCP单元周边空间物理隔离的第1样态、限制从阳极放出的反射电子 的沿着与该MCP单元的中心轴的正交的方向的移动的第2样态、限制 加速电极与阳极的电位差的第3样态、控制从微通道板向阳极的二次 电子的轨道的第4样态、变更抑制来自阳极的反射电子的放出自身的 构造的第5样态来实现。再有，上述限制构造也可以通过第1～第5样 态中2个以上样态的组合来实现。

第1样态所涉及的限制构造，包含配置在加速电极与阳极之间的 环型构件。该环型构件具有由环绕该MCP单元的中心轴的连续面规定 的贯通孔，使从加速电极向阳极的二次电子通过。环型构件具有接触 于加速电极的第1面、以及与第1面相对并且接触于阳极的第2面， 该环型构件的贯通孔具有以连接第1面与第2面的方式延伸的形状。

再有，对于阳极，除了可以采用仅由金属板构成的结构以外，还 可以采用各种各样的构造。例如，阳极可以具备由玻璃环氧树脂等的 绝缘材料构成的阳极基板（绝缘性基板）。在这种情况下，对于阳极， 可以采用在绝缘性基板以及该绝缘性基板上的一部分区域或整个面设 置有金属膜（箔）。对于阳极，也可以采用在绝缘性基板以及该绝缘性 基板上的一部分区域或整个面固定有金属板的构造。在阳极具有具备 了绝缘性基板的构造的情况下，环型构件的材料可以是金属、绝缘性 材料的任一种。但是，在阳极全体由金属板构成的构造中，环型构件 根据其构成材料的不同发挥不同的功能。例如，在将加速电极与阳极 设定为同电位的情况下，环型构件优选由金属材料构成。另一方面， 在将加速电极的电位与阳极的电位独立而控制的情况下，环型构件优 选由绝缘材料构成。

第2样态所涉及的限制构件的一个例子，可以包含有助于响应于 荷电粒子的入射而放出的二次电子的倍增的、从第1电极侧堵塞微通 道板的有效区域的一部分的遮盖构件。在这种情况下，遮盖构件优选 具有由环绕该MCP单元的中心轴的连续面规定的贯通孔。此外，遮盖 构件可以是第1电极的一部分。

第2样态所涉及的限制构造的另一个例子，可以包含与可以进行 暂时放出的反射电子的吸收的理论最大径相比其最大径更被扩大的阳 极，该最大径是该MCP单元周边的电场分布不易受到外部电位源的影 响的理想环境下所算出的阳极的理论最大径。在这种情况下，加速电 极的最大径也优选与阳极的最大径大体一致。

第2样态所涉及的限制构造的另一个例子，可以包含加速电极和 阳极两者，该加速电极和阳极被配置为，在从第2电极到加速电极的 沿着所述中心轴的第1间隔比从加速电极到阳极的沿着中心轴的第2 间隔设定得更狭小的状态下，第2间隔为第1间隔的2倍以下。

第2样态所涉及的限制构造的另一个其他例子，可以包含通过使 从该MCP单元到被设定为接地电位的筐体的距离充分远离，从而减弱 从该MCP单元到该筐体为电位梯度的构造。

第3样态所涉及的限制构造，可以以加速电极与阳极之间的空间 的电位梯度比第2电极与加速电极之间的空间的电位梯度小的方式， 包含第3电位比加速电极的第4电位设定得更高的阳极。

第4样态所涉及的限制构造的一个例子，可以包含具有从与微通 道板的入射面相对的平坦部的边缘向阳极延伸的侧壁部的第1电极作 为用于控制从微通道板向阳极的二次电子的轨道的电子透镜的构造。

第4样态所涉及的限制构造的另一个例子，可以包含具有与微通 道板的出射面相对的平坦部的边缘向阳极延伸的侧壁部的第2电极。

第5样态所涉及的限制构造，可以包含其表面用抑制二次电子的 产生的碳等涂覆的阳极。

本发明所涉及的MCP检测器可以通过具备上述那样的构造的 MCP单元（本发明所涉及的MCP单元）来实现。即，该MCP检测其 具备上述MCP单元、以及以与微通道板一起夹着阳极的方式配置的信 号输出部。信号输出部具有电连接于阳极的信号线。另外，信号输出 部可以包含具备信号线以及包围该信号线的屏蔽部的同轴电缆，在这 种情况下，该MCP检测器优选还具备具有与屏蔽部电连接的一个端子、 以及电连接于加速电极的另一个端子的电容器。

此外，本发明所涉及的飞行时间型质谱分析器具备：真空容器（设 定在地电位的金属筐体）、离子抽出系统、离子加速器、具有上述那样 的构造的MCP检测器（本发明所涉及的MCP检测器）、以及至少判断 质量作为与从试样放出的离子相关的信息的分析部。真空容器将要作 为离子源分析的试样设置在内部。离子抽出系统从设置在真空容器内 的试样放出离子。离子加速器使配置在真空容器内的、从试样放出的 离子加速。MCP检测器以与试样一起夹着离子加速器的方式配置。分 析部通过基于来自MCP检测器的检测信号来检测从离子加速器到 MCP检测器的飞行时间，从而决定到达该MCP检测器的离子的质量。

再有，本发明所涉及的各实施例还可以通过以下的详细说明和附 图来充分地理解。这些实施例仅为了例示而示出，不应该认为限定了 该发明。

另外，本发明的进一步的应用范围从以下的详细说明显而易见。 然而，详细的说明和特定的事例表示本发明的优选的实施例，仅为了 例示而示出，本领域技术人员从该详细的说明可以显而易见地得到本 发明的范围的各种各样的变形和改良。

附图说明

图1是表示TOF-MS装置的概略构造的图。

图2是表示适用于TOF-MS装置的MCP检测器的一个例子的等效 电路图。

图3A是表示不易受到外部电位源的影响的环境下的MCP检测器 近旁的电场分布的图，图3B是表示该MCP检测器的时间响应特性的 图。

图4A是表示容易受到外部电位源的影响的环境下的MCP检测器 近旁的电场分布的图，图4B是表示该MCP检测器的时间响应特性的 图。

图5是用于说明具有三极管构造的MCP单元所适用的MCP检测 器的构造（本发明所涉及的MCP单元等的基本构造）的组装工序图。

图6是图5所示的MCP检测器的沿着L1-L1线的截面构造的图。

图7是表示具有三极管构造的MCP单元所适用的MCP检测器的 时间响应特性的图表。

图8A是表示为了测量图7的应答特性而准备的MCP单元的构造 的截面图，图8B是表示测量结果的表。

图9A～图9C是用于说明加速电极的构造的图。

图10A是表示适用于图8A所示的MCP单元的加速电极的开口率 （%）与上升沿时间（ps）的关系的图表，图10B是表示测量条件的 表。

图11是用于说明本发明所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器 的特征的构造的等效电路图。

图12是用于说明第1实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的构造的组装工序图。

图13是表示图12所示的MCP检测器的沿着L2-L2线的截面构造 的图。

图14是用于说明第2实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的第1构造的组装工序图。

图15是表示图14所示的MCP检测器的沿着L3-L3线的截面构造 的图。

图16是用于说明第2实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的第2构造的组装工序图。

图17是表示图16所示的MCP检测器的沿着L4-L4线的截面构造 的图。

图18是用于说明第2实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的第3构造的组装工序图。

图19是表示图18所示的MCP检测器的沿着L5-L5线的截面构造 的图。

图20是用于说明第3实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的构造的等效电路图。

图21A是表示第3实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检 测器中OUT电极-阳极间的电压施加状态，图21B是表示MCP单元的 截面构造的图。

图22是用于说明第4实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的第1构造的组装工序图。

图23是表示图22所示的MCP检测器的沿着L6-L6线的截面构造 的图。

图24是用于说明第4实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的第2构造的组装工序图。

图25是表示图24所示的MCP检测器的沿着L7-L7线的截面构造 的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边详细地说明本发明所涉及的MCP单元、 MCP检测器和飞行时间型质谱分析器的各实施方式。再有，附图的说 明中相同的要素用相同的符号表示，省略重复的说明。

本发明所涉及的飞行时间质谱分析器，如图1所示，具备内部被 减压至规定的真空度的真空容器110、包含激光光源的离子抽出系统、 作为离子加速器的环状的电极130、检测器100、以及分析部。本发明 所涉及的MCP检测器可以很好地适用于检测器100，采用了三极管构 造。在以下的说明中，就作为可适用于本发明所涉及的飞行时间型质 谱分析器的检测器，具有三极管构造的MCP单元以及包含此的MCP 检测器的各实施方式作详细的说明。

首先，就作为本发明所涉及的MCP单元等的基本构造，具有三极 管构造的MCP单元和MCP检测器，使用图5～图7和图8A～图10B进 行说明。图5是用于说明具有三极管构造的MCP单元所适用的MCP 检测器的基本构造的组装工序图，与上述专利文献1所公开的三极管 构造的MCP单元的基本构造一致。图6是图5所示的MCP检测器的 沿着L1-L1线的截面构造的图。再有，图5和图6所示的MCP检测器 的等效电路图与图2所示的等效电路图一致。

图5所示的MCP检测器具备内部被维持在规定的真空度的真空容 器（设定在地电位的金属筐体），具有沿着该真空容器的管轴AX（与 MCP单元的中心轴一致）依次配置有IN电极1（第1电极）、MCP群 2、OUT电极3（第2电极）、加速电极5、阳极4的构造。MCP群2 由2块圆盘形状的MCP20,21构成。另外，在MCP群2的入射面（荷 电粒子到达的前面）侧配置有IN电极1（第1电极），而在出射面（后 面）侧配置有OUT电极3（第2电极）。如此，通过MCP群2、夹入 该MCP群2的IN电极1和OUT电极3而构成了MCP组件。另外， 图5和图6所示的MCP检测器中，作为向各电极的电压施加构造，采 用了在IN电极（第1电极）1、OUT电极（第2电极）3、加速电极5 （包含加速电极基板50）、阳极4（包含阳极基板40）的各个设置有电 压施加用引线的4端子电压施加构造。

IN电极1是具有在中央具有开口10的圆环（doughnut）形状的金 属制（例如不锈钢制）的电极，在其盘面，设置有以管轴AX为中心 每隔90度的4个插入有埋头螺钉（countersunk head）910的孔。在IN 电极1的后面，电连接有具有从后方延伸的棒形状的导电性材料（例 如不锈钢制）的IN引线。IN电极1与IN引线的连接位置位于相邻接 的2个孔的中间。IN引线在被插入到绝缘性材料的IN引线用绝缘体的 状态下被保持，通过该构造使IN引线与其他构造要素（部件）绝缘。 作为IN引线用绝缘体，适用例如加工性、耐热性、耐冲击性、绝缘性 优异的PEEK（PolyEtherEtherKetone）树脂。

OUT电极3也与IN电极1同样地，是具有在中央具有开口30的 圆环的金属制的电极，但具有以与容纳IN引线的IN引线用绝缘体不 接触的方式其一部分被切掉的构造。再者，在OUT电极3的盘面，在 与IN电极1的孔相对应的位置，设置有同样的孔。在OUT电极3的 后面，电连接有具有从后方延伸的棒形状的导电性材料（例如不锈钢 制）的OUT引线。再有，OUT引线配置在从正面看以管轴AX为中心 将OUT引线向左旋转90度后的位置。该OUT引线也与IN引线同样 地在被插入到绝缘性材料例如PEEK树脂制的OUT引线用绝缘体的状 态下被保持（与其他构造要素绝缘）。

再有，在IN电极1与OUT电极3之间，在与这些IN电极1和 OUT电极3各自的孔相对应的位置，配置有具有圆环形状的绝缘性材 料的MCP绝缘体901。这些MCP绝缘体901例如是PEEK树脂制的， 其厚度比MCP群2要薄些。以上那样用IN电极1与OUT电极3夹入 MCP群2的MCP组件通过以圆盘状的MCP20,21的中心与IN电极1 与OUT电极3的各个开口10,30的中心一致的方式进行高精度组装而 得到。

在OUT电极3的后方，隔着规定的间隔配置有加速电极基板50。 该加速电极基板50是在中央具有圆形的开口的金属制的电极，但以覆 盖该开口的方式设置有金属网。通过这些加速电极基板50和金属网而 构成加速电极5。加速电极基板50以与容纳IN引线的IN引线用绝缘 体以及容纳OUT引线的OUT引线用绝缘体不接触的方式具有切口构 造。如上述那样，加速电极基板50相对于OUT电极3隔着规定间隔 而配置，因而在该加速电极基板50，在与OUT电极3的孔相对应的部 位设置有孔，并且在与OUT电极3之间，配置有均具有圆环形状的导 电性材料的薄板801和绝缘性材料的绝缘体902。薄板801是用于与 OUT电极3一起夹入电容器80的一端的金属部件。作为薄板801，适 用延展性优异的材料，优选例如在磷青铜板实施了金或铜镀覆的构件。 另外，作为绝缘体902，可以适用例如PEEK树脂。再有，设置在加速 电极基板50的开口规定了该加速电极5的有效区域（用于使从MCP 群2放出的二次电子通过的网区域），比MCP群2的有效区域（放出 二次电子的区域）大。

此外，在加速电极基板50的后方，隔着规定的间隔而配置有阳极 基板40。该阳极基板40具有由玻璃环氧树脂（绝缘材料）成形的圆盘 形状，在其表面和背面形成有铜等的金属薄膜的规定图案。另外，表 面的金属薄膜图案与背面的金属薄膜图案导通。再者，阳极基板40以 与容纳IN引线的IN引线用绝缘体以及容纳OUT引线的OUT引线用 绝缘体不接触的方式具有切口构造。如上述那样，阳极基板40相对于 加速电极基板50隔着规定间隔而配置，因而在该阳极基板40，设置有 与加速电极基板50的孔相对应的部位设置有孔，并且在与加速电极基 板50之间，配置有均具有圆环形状的导电性材料的薄板803和绝缘性 材料的绝缘体904。薄板803是用于与加速电极基板50一起夹入电容 器90的一端的金属部件。作为薄板803，适用延展性优异的材料，优 选例如在磷青铜板实施了金或铜镀覆的构件。另外，作为绝缘体904， 可以适用例如PEEK树脂。

形成在阳极基板40的表面和背面的各个的金属薄膜图案中，表面 的金属薄膜图案是与OUT电极3的开口30形状一致的圆形，开口30 与表面的金属薄膜图案同轴地配置。另一方面，背面的金属薄膜图案 是从阳极基板40的中心向径向的一方延伸大致线状的图案，在外侧的 端部，电连接有具有从后方延伸的棒形状的导电性材料（例如不锈钢 制）的阳极引线。再有，阳极引线配置在从正面看以管轴AX为中心 将OUT引线向左旋转90度后的位置。即，配置在与IN引线以管轴 AX为中心对称的位置。该阳极引线也与IN引线、OUT引线同样地， 通过在被插入到绝缘性材料例如PEEK树脂制的阳极引线用绝缘体的 状态下被保持，从而与其他构造要素绝缘。

在背面的金属薄膜图案的中央，铜制的阳极端子41被拧固。通过 该阳极端子41与阳极基板40而构成阳极4。再有，阳极4不限定于上 述的构造，也可以由例如由绝缘材料构成的阳极基板40和固定在该阳 极基板40上的一部分区域或整个面的金属板来构成。另外，阳极4整 体还可以由金属板构成。

在阳极4的后方，配置有后方盖500。该后方盖500由具有圆环形 状的基板501、圆筒部502、以及具有相同圆环形状的基板503所构成。 圆筒部502被夹入在基板501,503之间，被螺丝920,930固定，后方盖 500通过像这样基板501的内周与基板503的外周通过圆筒部502而连 接而成为深皿状的构件。基板501,503、圆筒部502均是金属制（例如 不锈钢制）的。另外，在基板501，设置有螺丝孔，在阳极4的背面， 夹着绝缘体903与薄板802而配置有后方盖500。此时，通过将电绝缘 性（例如可适用PEEK树脂）的螺丝910紧固于螺丝孔，从而各电极 1,3,4与MCP群2被固定于后方盖500。薄板802是用于与基板501一 起夹入电容器80,90各自的另一端的金属部件。薄板802也可以是与薄 板801,803同样的材料。例如PEEK树脂可适用于绝缘体903。另外， 基板501具有插入了各引线用绝缘体的孔。

在基板503的中央，作为信号输出部的BNC端子6被螺丝940固 定。BNC端子6的外侧600电连接于后方盖500的基板501。另一方 面，BNC端子6的内测的芯线601经由电容器62连接于阳极端子41。 在该电容器62，有通过使输出绝缘而将信号输出电平设为GND电平 的功能。

再有，各端子通过上述的薄板801和薄板802而电连接于这些OUT 电极3和基板501的各个的4个电容器80以管轴AX为中心等间隔地 配置在OUT电极与基板501之间。再有，基板501、圆筒部502和基 板503分别是金属制的，因而电容器80的一端电连接于BNC端子6 的外侧600。同样地，各端子通过上述的薄板803和薄板802而电连接 于加速电极基板50和基板501的各个的4个电容器90以管轴AX为 中心等间隔地配置在加速电极基板50与基板501之间。因此，这些电 容器90也安装在金属制的基板501与加速电极基板50之间，电容器 90的一端电连接于BNC端子6的外侧600。

另外，在上述那样的三极管构造的MCP检测器中，加速电极5， 如图6所示，以到阳极4的最短距离B比到MCP群2的出射面的最短 距离A长的方式配置在MCP群2与阳极4之间。即，通过以满足A ﹤B的条件的方式将加速电极5配置在MCP群2-阳极4间，从而可以 大幅减小检测峰值的FWHM，能够提高时间响应特性。这是因为，通 过调整MCP群2、加速电极5、以及阳极4的配置条件，从而可以减 小所检测的时间谱上所呈现的峰值的FWHM。即，MCP群2-加速电极 5间的距离A的调整有助于检测峰值的上升沿时间的控制，加速电极 5-阳极4间的距离B的调节有助于检测峰值的下降沿时间的控制。

加速电极5只要设置在比OUT电极3高的电位即可，但通过将加 速电极5设定在与阳极4相同的电位，与现有的二极管构造的MPC检 测器相比较，能够任意地限制从MCP群2放出的二次电子的加速区域 （由于所放出的时间增大受到抑制，因此与现有相比更能够缩短检测 峰值的上升沿时间）。

图7是表示具有三极管构造的MCP单元所适用的MCP检测器的 时间响应特性的图表。另外，图8A是表示为了测量图7的应答特性而 准备的三极管构造的MCP单元的构造（不易受到外部电位源所引起的 影响的理想环境下的构造）的截面图，图8B是表示测量结果的表。

所准备的测量系统，如图8A所示那样，是在入射面侧设置有IN 电极1并且在出射面侧设置有OUT电极3的由MCP群2、阳极4、以 及配置在这些MCP群2与阳极4之间的加速电极5所构成的MCP单 元，设置在不易受到外部电位源的影响的理想环境。这样的测量系统 的MCP单元中，阳极4和加速电极5设定在地电平，OUT电极3设 定在-500V，IN电极1设定在-2000V。另外，加速电极5的有效区域 由开口率81%的金属网（线宽40μm，配线间距0.4mm）构成。

该测量通过一边改变图8A中所示的MCP群2-加速电极5间的最 短距离A、以及加速电极5-阳极4间的最短距离B一边监测从阳极4 得到的输出电压的时间变化来进行。即，如图8B所示那样，就距离A 为1.1mm且距离B也为1.1mm的壳体1，距离A为1.1mm且距离B 为2.6mm的壳体2，距离A为2.6mm且距离B为1.1mm的壳体3进 行了测量。图7中所示的曲线图G810表示壳体1（A=B）的时间谱， 曲线图G820表示壳体2（A﹤B）的时间谱。从图7可知，壳体2的情 况下，伴随着检测峰值的下降沿时间被大幅缩减，检测峰值的半值全 宽（FWHM）也被大幅缩减。另一方面，虽然图7没有示出，但壳体3 的情况下，检测峰值的FWHM结果上与壳体1基本不变，但与检测峰 值的下降沿时间的缩短相反，上升沿时间延长。如此，在壳体3，下降 沿时间与上升沿时间联动地变化，因而难以进行检测峰值的波形的整 形。

接着，图9A～9C是用于说明加速电极5的构造的图。如图9A所 示，加速电极5具备在中央设置有圆形的开口5a的加速电极基板50、 以及以覆盖开口5a的方式贴附的金属网51。金属网51通过如图9B 所示那样格子状地排列规定线宽的金属网而得到。线宽从制造上的制 约或机械强度的观点看，可以认为40μm左右是界限。图9C是表示由 线宽40μm构成的金属网51的配线间距与开口率的关系的表。

具有上述那样的构造的加速电极5的有效区域的开口率（金属网 的开口率）优选为60%以上95%以下。这是因为，若开口率低于60%， 则通过电子数（加速电极的透过率）下降，从阳极得到的信号量减小； 另一方面，若开口率超过95%，则实质上不能进行所得到的时间谱的 检测峰值的波形整形。再有，图10A是表示适用于图8A所示的MCP 单元的加速电极的开口率（%）与上升沿时间（ps）的关系的图表，图 10B是表示测量条件的表。

接着，就适用于具有上述那样的构造的三极管构造的MCP单元的 限制构造进行说明。即，本发明所涉及的MCP单元等具备上述那样的 三极管构造作为基本构造，此外，作为用于减少该MCP单元近旁所存 在的外部电位源的影响的限制构造，可以适用各种各样的构造。

图11是用于说明本发明所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器 的特征的构造的等效电路图，其主要部分与图2的等效电路图重复。 图11的MCP检测器也可以适用于TOF-MS等。图11所示的MCP检 测器容纳在内部被维持在规定的真空度的真空容器内。再有，真空容 器由导电性材料构成，并设定在地电位。在该MCP检测器中，2块 MCP20,21（MCP群2）在各自的中央由设置有开口的IN电极1与OUT 电极3夹入。在OUT电极3的后方配置有阳极4，此外，在OUT电极 3与阳极之间配置有具有金属网的加速电极5。另外，在信号读出用的 BNC端子6的屏蔽侧连接有真空容器，而BNC端子6的芯线经由电容 器62而连接于阳极4。在该电容器62，有通过使输出绝缘而将信号输 出电平变成GND电平的功能。此外，在BNC端子6的屏蔽侧与OUT 电极3之间，以及BNC端子6的屏蔽侧与加速电极5之间，分别配置 有电容器80,90。加速电极5与阳极4的间隔B以比MCP群2与加速 电极5的间隔A宽的方式设定。

在具有上述那样的构造的MCP检测器中，以设定在IN电极1的 负电位为基准，OUT电极3设定在比IN电极1高的负电位。加速电极 5和阳极4设定在比OUT电极3高的负电位。再有，加速电极5与阳 极4也可以设定在同一电位。如此，MCP检测器具有阳极电位不接地 的浮动阳极构造。

经由BNC端子6的芯线而被取出的来自阳极4的信号被放大器 (Amp)放大后，被取到分析部。具体而言，在MCP检测器100a中，当 荷电粒子入射到MCP群2时，响应于此而从MCP群2放出大量电子。 这样放出的二次电子到达阳极4，作为电压或电流变化被变换成电信 号。此时，通过设置在阳极4与芯线之间的电容器62，检测信号在接 地电位被输出到外部，另外，通过分别设置在BNC端子6的屏蔽侧与 OUT电极3之间、以及BNC端子6的屏蔽侧与加速电极5之间的电容 器80,90，抑制输出信号的波形失真或过冲（瞬变）的发生（理想环境 下）。

特别地，本发明所涉及的MCP单元还具备用于对来自MCP群2 的二次电子的入射应答而将从阳极4放出的二次电子（反射电子）局 限在加速电极与阳极之间的空间内的限制构造。

作为具体的限制构造，如图11中所示那样，可以通过将加速电极 与阳极之间的空间与该MCP单元周边空间物理隔离的样态I（第1实 施方式）、限制从阳极放出的反射电子的沿着与该MCP单元的中心轴 正交的方向的移动的样态II（第2实施方式）、限制加速电极与阳极的 电位差的样态III（第3实施方式）、控制从微通道板向阳极的二次电子 的轨道的样态IV（第4实施方式）、变更抑制来自阳极的反射电子的放 出自身的构造的样态V（第5实施方式）来实现。再有，上述限制构 造也可以通过样态I～V中2个以上样态的组合来实现。

（第1实施方式）

图12是用于说明第1实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP 检测器的构造的组装工序图。另外，图13是表示图12所示的MCP检 测器的沿着L2-L2线的截面构造的图。

第1实施方式的限制构造，如图11中所示，通过与周边空间隔离 的构造（样态I）来实现加速电极5与阳极4之间的空间。具体而言， 在第1实施方式的限制构造，替代图5所示的MCP检测器的基本构造 中作为隔板的绝缘体904，而适用具有贯通孔904Aa的环型构件904A。

即，该第1实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器具 有沿着管轴AX（与MCP单元的中心轴一致）依次配置有IN电极1（第 1电极）、MCP群2、OUT电极3（第2电极）、加速电极5、阳极4的 构造。再有，在IN电极1与OUT电极3之间，配置有绝缘性材料的 MCP绝缘体901。在OUT电极3的后方，经由绝缘体902而配置有加 速电极5。此外，在该加速电极5的后方，配置有阳极4，在这些加速 电极5与阳极4之间，配置有具有能够使来自MCP群2的二次电子通 过的贯通孔904Aa的环型构件904A。在阳极4的后方，夹着绝缘体 903与薄板802而配置有后方盖500。该后方盖500由基板501、圆筒 部502、以及基板503构成。在基板503的中央，固定有作为信号输出 部的BNC端子6，BNC端子6的内侧的芯线601经由电容器62而连 接于阳极端子41。

在第1实施方式，环型构件904A具有由以使从加速电极5向阳极 4的二次电子通过的方式环绕管轴AX的连续面规定的贯通孔904Aa。 再有，环型构件904A具有接触于加速电极5的第1面、以及与第1面 相对并且接触于阳极4的第2面，该环型构件904A的贯通孔904Aa 具有以连接第1面与第2面的方式延伸的形状。另外，环型构件904A 可以由金属构件、绝缘材料的其中一种所构成。通过该构造，加速电 极5与阳极4之间的空间的与周边空间的隔离状态被维持。其结果， 反射电子从加速电极5与阳极4之间的空间向该MCP检测器的外部飞 出的可能性有效地被减小（参照图4B中的曲线图G420）。但是，阳极 4全体由金属板构成的构造中，环型构件904A根据其构成材料发挥不 同的功能。即，在将加速电极5与阳极4设定在同电位的情况下，环 型构件904A优选由金属材料构成。另一方面，在使加速电极5的电位 与阳极4的电位独立而进行控制的情况下，环型构件904A优选由绝缘 材料构成的构件。

（第2实施方式）

第2实施方式的限制构造，如图11所示，通过限制从阳极4放出 的反射电子的沿着与MCP检测器的管轴AX正交的方向的移动的构造 （样态II）来实现。再有，该第2实施方式所涉及MCP单元所适用的 MCP检测器的构造，除了相当于该第2实施方式的限制构造的构造以 外，与图5所示的基本构造实质上一致。

即，第2实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器具有 沿着管轴AX（与MCP单元的中心轴一致）依次配置有IN电极1（第 1电极）、MCP群2、OUT电极3（第2电极）、加速电极5、阳极4的 构造。再有，在IN电极1与OUT电极3之间，配置有绝缘性材料的 MCP绝缘体901。在OUT电极3的后方，经由绝缘体902而配置有加 速电极5。此外，在该加速电极5的后方配置有阳极4，在这些加速电 极5与阳极4之间，配置有作为隔板的绝缘体904。在阳极4的后方， 夹着绝缘体903与薄板802而配置有后方盖500。该后方盖500由基板 501、圆筒部502、以及基板503构成。在基板503的中央，固定有是 信号输出部的BNC端子6，BNC端子6的内侧的芯线601经由电容器 62而连接于阳极端子41。

第2实施方式所涉及的限制构造可以由各种各样的构造实现，图 14是用于说明第2实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器 的第1构造的组装工序图。另外，图15是表示图14所示的MCP检测 器的沿着L3-L3线的截面构造的图。

具体而言，在实现第2实施方式的限制构造的第1构造，替代图5 所示的MCP检测器的基本构造中的IN电极1而适用IN电极100A。 在该第1构造中，IN电极100A，以其开口100Aa的直径比图5（基本 构造）所示的IN电极1的开口10的直径小的方式设置有遮盖构件 100Ab。掩模构件100Ab，如图14所示，具有由环绕管轴AX的连续 面规定的贯通孔，并且构成IN电极100A的一部分。根据该构造，在 阳极4上，从MCP群2放出的二次电子的到达区域被限制在更靠近管 轴AX。因此，可以相对地扩大从阳极4放出的反射电子的产生位置与 到该阳极4的端部的距离，反射电子从加速电极5与阳极4之间的空 间向该MCP检测器的外部飞出的可能性被有效地减小。

接着，在实现第2实施方式的限制构造的第2构造，替代图5所 示的MCP检测器的基本构造中的加速电极5和阳极4，适用加速电极 500A和阳极400。再有，图16是用于说明第2实施方式所涉及的MCP 单元所适用的MCP检测器的第2构造的组装工序图。另外，图17是 表示图16所示的MCP检测器的沿着L4-L4线的截面构造的图。除了 加速电极500A和阳极400，具备第2构造作为限制构造的MCP检测 器（图16和图17）的构造与图5所示的MCP检测器的基本构造实质 上一致。

即，在该第2构造中，加速电极500A由中央具有开口的加速电极 基板500Aa、以及堵塞该开口的金属网所构成。特别地，加速电极基 板500Aa的形状具有圆形，与图5所示的加速电极基板50相比更能扩 大其最大径。同样地，阳极400中，阳极基板400a的形状也具有圆形， 与图5所示的阳极基板40相比更能扩大其最大径。具体而言，阳极400 （阳极基板400a）具有比可以将暂时放出的反射电子吸收的理论最大 径更扩大的最大径，该理论最大径是在该MCP单元周边的电场分布不 易受到外部电位源的影响的理想环境下（例如图8A的环境）所算出的 阳极的理论最大径。同样地，加速电极500A也具有与阳极400相同程 度的最大径。通过该第2构造，也可以实质上延伸阳极400放出的反 射电子的行走距离（与管轴AX正交的方向）。其结果，反射电子从加 速电极5与阳极4之间的空间向该MCP检测器的外部的飞出的可能性 被有效地减小。

接着，在实现第2实施方式的限制构造的第3构造，替代图5所 示的MCP检测器的基本构造中配置在加速电极5与阳极4之间的绝缘 体904，适用绝缘体904B。再有，图18是用于说明第2实施方式所涉 及的MCP单元所适用的MCP检测器的第3构造的组装工序图。另外， 图19是表示图18所示的MCP检测器的沿着L5-L5线的截面构造的图。 除了绝缘体904B，具备作为限制构造的第3构造的MCP检测器（图 18和图19）的构造与图5所示的MCP检测器的基本构造实质上一致。

即，在该第3构造中，绝缘体904B有助于沿着从加速电极5到阳 极4的管轴AX的间隔B的设定。具体而言，在从OUT电极3到加速 电极5的管轴AX的间隔A比沿着从加速电极5到阳极4的管轴AX 的间隔B设定得更狭小的状态下，以间隔B为间隔A的2倍以下的方 式，规定了加速电极5与阳极4的间隔B。根据该第3构造，通过使 加速电极5与阳极4的间隔更狭小，从而可以使从阳极4放出的反射 电子的移动立体角变得狭小。其结果，反射电子从加速电极5与阳极4 之间的空间向该MCP检测器的外部飞出的可能性被有效地减小。

此外，实现第2实施方式的限制构造的第4构造，该MCP检测器 自身的构造与图5所示的基本构造相同，但使从MCP检测器到设定在 地电位的筐体的距离充分相离，根据该第4构造，可以减弱从该MCP 单元到筐体的电位梯度。其结果，反射电子从加速电极5与阳极4之 间的空间向MCP检测器的外部飞出的可能被有效地减小。

（第3实施方式）

第3实施方式的限制构造，如图11所示，通过控制加速电极5与 阳极4的电位差的构造（样态III）来实现。再有，该第3实施方式所 涉及MCP单元所适用的MCP检测器的基本构造，除了相当于该第3 实施方式的限制构造的构造以外，与图2和图11所示的基本构造实质 上一致。另外，图20是用于说明第3实施方式所涉及的MCP单元所 适用的MCP检测器的构造的等效电路图。图21A是表示第3实施方式 所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器中OUT电极3-阳极4间的电 压施加状态，图21B是表示MCP单元的截面构造的图。

即，该第3实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器（图 20）与图2和图11同样地，容纳在内部被维持在规定的真空度的真空 容器内。再有，真空容器由导电性材料构成，设定在地电位。在该MCP 检测器中，2块MCP20,21（MCP群2）被在各自的中央设置有开口的 IN电极1与OUT电极3夹入。在OUT电极3的后方配置有阳极4， 此外，在OUT电极3与阳极之间配置有具有金属网的加速电极5。另 外，在信号读出用的BNC端子6的屏蔽侧连接有真空容器，而BNC 端子6的芯线经由电容器62而连接于阳极4。

该第3实施方式的限制构造，如图20所示，通过用于将比加速电 极5高的电位设定在阳极4的构造来实现。在这种情况下，如图21A 所示，以加速电极5与阳极4之间的空间的电位梯度比OUT电极3与 加速电极5之间的空间的电位梯度小的方式，将规定的电位设定在阳 极4。根据该第3实施方式的限制构造，从阳极4放出的反射电子的轨 道通过设定在加速电极5与阳极4之间的空间的电位梯度而向阳极4 侧弯曲。其结果，反射电子从加速电极5与阳极4之间的空间向该MCP 检测器的外部飞出的可能性有效地被减小（参照图21B）。

（第4实施方式）

第4实施方式的限制构造，如图11所示，通过控制从微通道板向 阳极的二次电子的轨道的构造（样态IV）来实现。再有，该第4实施 方式所涉及的MCP单元所使用的MCP检测器的构造，除了相当于该 第4实施方式的限制构造的构造以外，与图5所示的基本构造实质上 一致。

即，第4实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器具有 沿着管轴AX（与MCP单元的中心轴一致）依次配置有IN电极1（第 1电极）、MCP群2、OUT电极3（第2电极）、加速电极5、阳极4的 构造。再有，在IN电极1与OUT电极3之间，配置有绝缘性材料的 MCP绝缘体901。在OUT电极3的后方，经由绝缘体902而配置有加 速电极5。此外，在该加速电极5的后方配置有阳极4，在这些加速电 极5与阳极4之间，配置有作为隔板的绝缘体904。在阳极4的后方， 夹着绝缘体903与薄板802而配置有后方盖500。该后方盖500由基板 501、圆筒部502、以及基板503构成。在基板503的中央，固定有作 为信号输出部的BNC端子6，BNC端子6的内侧的芯线601经由电容 器62而连接于阳极端子41。

第4实施方式所涉及的限制构造可以由各种各样的构造实现，图 22是用于说明第4实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器 的第1构造的组装工序图。另外，图23是表示图22所示的MCP检测 器的沿着L6-L6线的截面构造的图。

具体而言，在实现第4实施方式的限制构造的第1构造，替代图5 所示的MCP检测器的基本构造中IN电极1而适用IN电极100B。在 该第1构造中，IN电极100B具有实现用于控制从MCP群2向阳极4 的二次电子的轨道的电子透镜构造的形状。即，IN电极100B由具有 开口100Ba的平坦部（与MCP群2的入射面相对的部分）、以及从该 平坦部的边缘向阳极4延伸的侧壁部所构成。根据该第1构造，即使 是在从阳极4放出的反射电子沿着与管轴AX正交的方向移动的情况 下，反射电子的轨道也会向阳极4侧弯曲。其结果，反射电子从加速 电极5与阳极4之间的空间向该MCP检测器的外部飞出的可能性有效 地被减小。

接着，在实现第4实施方式的限制构造的第2构造，图5所示的 MCP检测器的基本构造，替代图5所示的MCP检测器的基本构造中 的OUT电极3，适用OUT电极300。再有，图24是用于说明第4实 施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器的第2构造的组装工 序图。另外，图25是表示图24所示的MCP检测器的沿着L7-L7线的 截面构造的图。

在第4实施方式的第2构造中，OUT电极300具有实现用于控制 从MCP群2向阳极4的二次电子的轨道的电子透镜构造的形状。即， OUT电极300由具有开口300a的平坦部（与MCP群2的出射面相对 的部分）、以及从该平坦部的边缘向阳极4延伸的侧壁部所构成。根据 该第2构造，即使是在从阳极4放出的反射电子沿着与管轴AX正交 的方向移动的情况下，反射电子的轨道向阳极4侧弯曲。其结果，反 射电子从加速电极5与阳极4之间的空间向该MCP检测器的外部飞出 的可能性有效地被减小。

（第5实施方式）

第5实施方式所涉及的MCP单元所适用的MCP检测器的构造与 图5和图6所示的三极管构造的MCP检测器的基本构造相同。但是， 该第5实施方式具备抑制来自阳极4的反射电子的放出自身的构造。 具体而言，阳极4具有在其表面涂覆有抑制二次电子（反射电子）的 产生的碳等的构造。如此，通过变更阳极4自身的构造，也能够充分 地期待减少外部电位源的影响的效果。

根据本发明，在实现优异的时间响应特性的三极管构造的MCP单 元，设置用于将响应于来自MCP的二次电子的入射而从阳极放出的反 射电子（二次电子）局限在加速电极与阳极之间的空间内的限制构造， 由此不受外部电位源等的外部环境影响的而得到稳定的时间响应特 性。

从以上的本发明的说明，对本发明进行各种各样的变形是显而易 见。这样的变形不能认为偏移了本发明的思想和范围，对于所有本领 域技术人员而言是显而易见的改良包含在以下的权利要求的范围。