(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷蓄積装置への電荷フラックスを制御することによりイオンを処理する方法であって、
前記電荷蓄積装置に電荷が蓄積されるべき電荷蓄積時間を決定することと、
イオン源から生成された第１イオンビームの電荷フラックスを測定することと、
前記電荷蓄積時間の間に前記電荷蓄積装置に蓄積されるべき目標電荷数を決定することと、
前記決定した目標電荷数に基づいて、前記イオン源から生成された第２イオンビームを変調することにより、当該第２イオンビームからの前記目標電荷数が前記電荷蓄積時間の間に前記電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記電荷フラックスを測定することが、前記第１イオンビームからイオン検出器にイオンを移送することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電荷フラックスを測定することが、前記第１イオンビームを前記電荷蓄積装置内に案内して、当該電荷蓄積装置からイオン検出器にイオンを移送することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電荷フラックスを測定することが、前記第１イオンビームを前記電荷蓄積装置内に案内して、当該電荷蓄積装置から別の電荷蓄積装置にイオンを移送し、当該別の電荷蓄積装置からイオン検出器にイオンを移送することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電荷フラックスを測定することが、前記第１イオンビームを前記電荷蓄積装置内に案内して、当該電荷蓄積装置からイオントラップにイオンを移送し、当該イオントラップを作動させて前記電荷フラックスに対応する値を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記イオントラップが、フーリエ変換質量分析計の一部であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２イオンビームを、前記イオン源と前記電荷蓄積装置との間に介装されたイオンレンズ素子に移送することをさらに含み、
前記第２イオンビームを変調することが、制御された電位を前記イオンレンズ素子に印加することによって、当該第２イオンビームを所望の角度だけ当該イオンレンズ素子の軸から偏向させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電位を印加することが、前記第２イオンビームを複数の離散パルスに分割することを含み、
前記第２イオンビームを変調することが、前記パルスを前記電荷蓄積装置に移送することによって、当該第２イオンビームからの前記目標電荷数が前記電荷蓄積時間の間に前記電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各パルスが時間的なパルス幅を有し、前記パルスがパルス周波数で移送され、前記決定した目標電荷数に基づいて、当該パルス幅およびパルス周波数を決定することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電位の印加が、前記第２イオンビームを複数の離散パルスに分割することを含み、
前記第２イオンビームを変調することが、前記パルスのイオンを時間的および空間的に拡げることによって、当該パルスを連続イオンビームに変換し、当該連続イオンビームを前記電荷蓄積装置内に案内することによって、当該第２イオンビームからの前記目標電荷数が前記電荷蓄積時間の間に前記電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２イオンビームの前記軸からの偏向角度が、前記電荷蓄積装置に移送される当該第２イオンビームのイオンの割合に対応し、
前記第２イオンビームを変調することが、前記割合のイオンを前記電荷蓄積装置に移送することによって、当該第２イオンビームからの前記目標電荷数が前記電荷蓄積時間の間に前記電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
内部を有する真空引き可能なハウジングと、
前記内部と連通したイオン出射口と、
前記イオン出射口を通るイオンビーム軸の周りに少なくとも一部が配された前記内部内のイオン案内装置と、
イオンビームを所望の角度だけ前記イオンビーム軸から偏向させて前記イオン出射口から離間させるとともに、当該イオンビームの目標電荷数を一定の電荷蓄積時間にわたって前記イオン案内装置から前記イオン出射口内へ移動させる偏向手段と、
を備えたイオン処理装置。
【請求項１３】
前記イオン案内装置が、前記イオンビーム軸の周りに配設され、独立して制御可能な電圧信号をそれぞれ受け取るように構成された少なくとも２つのイオン偏向素子を具備することを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項１４】
前記イオン案内装置が、前記イオンビーム軸の周りに配設された少なくとも２つのイオン偏向素子を具備し、
前記偏向手段が、前記少なくとも２つのイオン偏向素子に印加される電位を制御する手段を具備することを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項１５】
前記イオン案内装置が、前記偏向手段と電気的に接続しているイオン偏向器と、当該イオン偏向器と前記イオン出射口との間に介装されたイオン入射レンズと、イオン集束レンズとを具備し、
前記イオン偏向器が、前記イオン入射レンズと前記イオン集束レンズとの間に介装されていることを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項１６】
前記ハウジングが、第１チャンバと、第２チャンバと、当該第１チャンバを前記第２チャンバに連通させるイオン案内出射レンズとを具備し、
前記イオン案内装置が、前記第１チャンバに第１イオン案内要素を具備し、前記第２チャンバに第２イオン案内要素を具備し、当該第２イオン案内要素が、前記偏向手段と電気的に接続しているイオン偏向器を具備することを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項１７】
前記イオン出射口を介して前記ハウジングの内部と連通した電荷蓄積装置をさらに備え、
前記偏向手段が、前記目標電荷数を前記一定の電荷蓄積時間にわたって前記イオン出射口を介して前記電荷蓄積装置へ移動させることを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項１８】
前記イオン出射口と連通したイオン閉じ込め装置と、当該イオン閉じ込め装置と連通した電荷蓄積装置とをさらに備え、
前記偏向手段が、前記目標電荷数を前記一定の電荷蓄積時間にわたって、前記イオン閉じ込め装置によって前記イオン出射口を介して前記電荷蓄積装置へ移動させることを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項１９】
前記イオンビームからイオンを受け取るように位置付けられたイオン検出器をさらに備えた、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【請求項２０】
前記ハウジングが、第１チャンバと、前記イオン出射口と連通した第２チャンバと、当該第１および第２チャンバ間に介装されたイオン案内出射レンズとを具備し、
前記イオン案内装置が、前記イオン案内出射レンズと前記イオン出射口との間で、前記第１チャンバに配設されたイオン案内部と、前記第２チャンバに配設されたイオン偏向装置とを具備し、
前記イオン偏向装置が、前記イオンビーム軸の周りに配された少なくとも２つのイオン偏向素子を具備し、当該イオンビーム軸が名目上、前記少なくとも２つのイオン偏向素子間で、前記イオン案内部から前記イオン出射レンズを経て、前記イオン出射口を通り、
前記偏向手段が、制御された電位を前記少なくとも２つのイオン偏向素子それぞれに印加して、前記イオン偏向装置を通るイオンビームを所望の角度だけ前記イオン軸から偏向させ、当該イオンビームの目標電荷数を一定の電荷蓄積時間にわたって前記イオン出射口を介して移動させるように構成された回路を具備することを特徴とする、請求項１２に記載のイオン処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、分析化学、たとえば質量分析等の分野で行われるようなイオンの処理に関し、特には、イオン蓄積装置に蓄積されるイオン電荷量の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン（または電荷）蓄積装置は、当技術分野でよく知られており、たとえば３次元イオントラップや２次元（または「線形」）イオントラップ等の様々な形態がある。図１は、３次元イオントラップ１００の一例を示す図である。この種のイオントラップは、上部双曲形状１０２および下部双曲形状１０４（端部（エンド）キャップとも称する）を形成する回転双曲面で構成された電極と、同じく回転双曲面である中央またはリング状電極１０６とで構成してもよい。また、中央電極１０６に交流電圧を印加して、電極アセンブリの中心方向を向く３次元四重極復元力を形成してもよい。イオンは、その軌道が（ｒ）方向および（ｚ）方向に拘束される場合、電気力学的な四重極場の中に閉じ込められる。端部キャップ１０２および１０４の一方または両者は、１または複数の開口部１０８および１１０を有していてもよい。これら開口部１０８または１１０の一方は通常、外部で生成されたイオンのイオントラップ１００への導入、あるいは、トラップ内イオン化の場合における電子ビームまたは光子ビームの導入に利用される。また、開口部１０８および１１０の一方または両者は、既知のイオン処理技術、たとえば質量分析の場合の分析走査等におけるイオントラップ１００からの（ｚ）方向へのイオン放出に利用してもよい。さらには、イオン検出器（図示せず）を配置して開口部１０８または１１０の少なくとも一方から放出されたイオンを受け入れることにより、イオン流の測定や受け入れイオン数のカウント等を行ってもよい。
【０００３】
図２は、線形イオントラップ２００の一例を示す図である。この種のイオントラップは、図２中にｚ軸として示す中心縦軸の周りに配された双曲断面の４つの電極２０２、２０４、２０６、および２０８で構成してもよい。これらの電極２０２、２０４、２０６、および２０８は、図２に例示したように、円柱ロッドの形態で設けることによって双曲形状に近似させてもよい。通常、一方の対向電極対２０２および２０４は電気的に相互接続されており、別の対向電極対２０６および２０８も同様である。そして、ロッド対２０２、２０４および２０６、２０８の間には、交流電圧が印加される。このようにして生成される交流電界によって、ロッド構造の中心軸方向を向く２次元復元力がイオンに付与される。この四重極復元場は、中心軸の横断方向にイオンをトラップするトラップ場に相当する。プレート２１２および２１４がロッド構造の端部に配置され、直流電圧が印加されている場合は、ロッド２０２、２０４、２０６、および２０８の軸に沿う向きの力がイオンに付与される。このため、ｘ軸およびｙ軸方向には交流電圧勾配により、また、ｚ軸方向には端部プレート２１２および２１４に印加された直流電位により、イオンが閉じ込められることになる。通常、この種のイオントラップ２００へのイオンの導入は、プレート２１２または２１４の開口部を介して軸方向に行われる。また、イオンは、軸方向に放出される構成であってもよいし、あるいは、隣接ロッド２０２、２０４、２０６、および２０８の間またはロッド２０２、２０４、２０６、および２０８の１つまたは複数個に形成された開口部もしくは細長孔を介して径方向に放出される構成であってもよい。その他の線形イオントラップは、４つの電極２０２、２０４、２０６、および２０８よりも多くの電極（たとえば、６つまたは８つ等）を用いて形成することができる。この場合は、当技術分野でよく知られている六重極または八重極等、四重極よりも高次の多重極場が形成されることになる。また、同じく周知の通り、多重極電極群は、質量フィルタ、衝突セル、または単にイオン案内装置もしくはイオン集束装置として動作するものであってもよい。
【０００４】
当技術分野においては、特定の質量対電荷比のイオンをイオン蓄積装置から選択的に除去することが知られている。たとえば、イオントラップにおいては、３次元イオントラップの場合は端部キャップ対に、また、線形イオントラップの場合は対向ロッド対に付加的な交流電圧を印加することによって、選択したイオンを除去（放出）するようにしてもよい。これにより、この付加的な電圧の周波数と一致（マッチング）する固有振動周波数（または永年振動周波数）を有する質量対電荷比のイオンは、印加された付加的電界の方向にトラップから放出されることになる。なお、複数の質量対電荷比を有するイオンの放出に際しては、複数の周波数を含む波形を用いてもよい。イオンのイオン蓄積装置への進入中にこれら複数の周波数が印加されている場合は、不要なイオンをその進入時に連続して除去することができる。ただし、イオン蓄積装置における空間電荷の形成は、様々な理由により望ましくない。たとえば、空間電荷が大量に存在すると、イオン周波数がシフトして、付加的な周波数との最適な共鳴関係が維持されなくなる可能性がある。同様に、付加的な周波数に近い周波数のイオンがシフトして、周波数の共鳴により放出されてしまう可能性がある。したがって、イオン蓄積装置の設計および運用における空間電荷への対処という周知のニーズが存在する。
【０００５】
下記特許文献１等に開示の方法では、イオン蓄積装置またはイオントラップ質量分析計における電荷の数は、電荷フラックス（束）によって電荷蓄積時間を変更および制御可能であるという構成に基づいている。この種の技術は、本開示の図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明可能である。サンプル量の増加により電荷フラックスが大きくなると（図３Ａ）、イオン蓄積時間が短縮され、一定数の電荷が蓄積される（図３Ｂ）。したがって、サンプル量が少ない場合は、イオン蓄積時間が長い（Δｔａ１）。そして、サンプル量が増加すると、イオン蓄積時間は短くなる（Δｔａ２）。電荷は、蓄積時間が可変であることから、可変長の単一パケットとしてイオン蓄積装置に導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，９８７，２６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
時間が短くなるとイオンパケットの長さも短くなるが、電荷密度は実質的に大きくなる。したがって、サンプル量を増加させるとイオン空間電荷密度が大きくなり、望ましくない。また、その結果としてイオン周波数がシフトするため、望ましくない。
以上より、電荷蓄積用のイオントラップ等の装置における空間電荷の望ましくない影響を低減するためのより効果的な装置および方法に対するニーズは、依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示にて教示する特定の実施態様によれば、このようなニーズは、蓄積時間を変化させるよりも、一定の蓄積時間Ｔａｃで蓄積装置に進入するイオン電荷フラックスを制御して空間電荷密度を維持することにより満たすことができる。また、本開示にて教示する特定の実施態様によれば、電荷フラックスが変調されながら、イオン蓄積時間Ｔａｃが一定に保たれるため、走査と走査との間の時間が一定に保たれるという別の効果がもたらされる。この点は、イオン源からの電荷フラックスの変化に応じて蓄積時間が変更される従来の技術と大きく異なる。
【０００９】
上述の課題のすべてもしくは一部、および／または当業者であれば見出し得たその他の課題に対処するため、本開示は、以下の実施態様の各例で説明するような方法、プロセス、システム、装置、器具、および／または機器を提供する。
一実施態様によれば、電荷蓄積装置への電荷フラックスを制御する方法が提供される。この方法は、電荷蓄積装置に電荷が蓄積されるべき電荷蓄積時間を決定することと、イオン源から生成された第１イオンビームの電荷フラックスを測定することと、電荷蓄積時間の間に電荷蓄積装置に蓄積されるべき目標電荷数を決定することと、この決定した目標電荷数に基づいて、イオン源から生成された第２イオンビームを変調することにより、当該第２イオンビームからの目標電荷数が電荷蓄積時間の間に電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることとを含む。
【００１０】
一実施例において、上記第２イオンビームの変調には、パルス周波数変調技術を利用する。
別の実施例において、上記第２イオンビームの変調には、比例変調技術を利用する。
一実施例において、上記方法は、第２イオンビームをイオン源と電荷蓄積装置との間に介装されたイオンレンズ素子に移送することを含む。また、上記第２イオンビームの変調は、制御された電位をイオンレンズ素子に印加することによって、第２イオンビームを所望の角度だけイオンレンズ素子の軸から偏向させることを含む。
【００１１】
一実施例において、上記電位の印加は、第２イオンビームを複数の離散パルスに分割することを含む。また、上記第２イオンビームの変調は、パルスを電荷蓄積装置に移送することによって、第２イオンビームからの目標電荷数が電荷蓄積時間の間に電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることをさらに含む。
別の実施例において、上記電位の印加は、第２イオンビームを複数の離散パルスに分割することを含む。また、上記第２イオンビームの変調は、パルスのイオンを時間的および空間的に拡げることによって、パルスを連続イオンビームに変換し、この連続イオンビームを電荷蓄積装置内に案内することによって、当該第２イオンビームからの目標電荷数が電荷蓄積時間の間に電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることをさらに含む。
【００１２】
別の実施例において、第２イオンビームの上記軸からの偏向角度は、電荷蓄積装置に移送される当該第２イオンビームのイオンの割合に対応する。また、上記第２イオンビームの変調は、上記割合のイオンを電荷蓄積装置に移送することによって、当該第２イオンビームからの目標電荷数が電荷蓄積時間の間に電荷蓄積装置に蓄積されるようにすることをさらに含む。
【００１３】
別の実施態様によれば、イオン処理装置が提供される。このイオン処理装置は、内部を有する真空引き可能なハウジングと、この内部と連通したイオン出射口と、イオン出射口を通るイオンビーム軸の周りに少なくとも一部が配された上記内部内のイオン案内装置と、イオンビームを所望の角度だけイオンビーム軸から偏向させてイオン出射口から離間させるとともに、当該イオンビームの目標電荷数を一定の電荷蓄積時間にわたってイオン案内装置からイオン出射口内へ移動させる偏向手段および／または回路とを備えている。
【００１４】
別の実施態様によれば、イオン出射口と電荷蓄積装置との間には、付加的なイオン閉じ込め装置が介装されている。上記偏向手段は、目標電荷数を上記一定の電荷蓄積時間にわたって、イオン閉じ込め装置によってイオン出射口を介して電荷蓄積装置へ移動させる。イオン閉じ込め装置は、一連の離散イオンパケットを電荷蓄積装置が受け入れる連続イオンビームに分散させるように構成されていてもよい。
【００１５】
別の実施態様によれば、イオンビーム変調器が提供される。このイオンビーム変調器は、第１チャンバと、イオン出射開口部を有する第２チャンバと、当該第１および第２チャンバ間に介装されたイオン案内出射レンズと、イオン案内出射レンズとイオン出射開口部との間で、第１チャンバに配設されたイオン案内装置と、第２チャンバに配設されたイオン偏向装置とを具備する。また、イオン偏向装置は、イオン軸の周りに配された少なくとも２つのイオン偏向素子を具備しており、このイオン軸は名目上、上記少なくとも２つのイオン偏向素子間で、イオン案内装置からイオン出射レンズを経て、イオン出射開口部を通る。このイオンビーム変調器は、制御された電位を上記少なくとも２つのイオン偏向素子それぞれに印加して、イオン偏向装置を通るイオンビームを所望の角度だけイオン軸から偏向させ、当該イオンビームの目標電荷数を一定の電荷蓄積時間にわたってイオン出射開口部から移動させるように構成された装置および／または回路をさらに具備する。
【００１６】
別の実施態様によれば、イオン処理システムが提供される。このイオン処理システムは、イオン入射開口部を有する電荷蓄積装置と、このイオン入射開口部を介して電荷蓄積装置と連通したイオンビーム変調器とを備えている。このイオンビーム変調器は、イオン入射開口部側へ名目上集束されたイオン軸から、イオンビームを所望の角度だけ偏向させるとともに、当該イオンビームの目標電荷数を一定の電荷蓄積時間にわたって、イオン入射開口部を介してイオンビーム変調器から電荷蓄積装置に移動させる装置および／または回路を具備する。
【００１７】
本発明のその他の機器、装置、システム、方法、特徴、および利点については、以下の図面および詳細な説明を参照することによって、当業者には明らかとなるであろう。そのような付加的なシステム、方法、特徴、および利点のすべては、本明細書に包含され、本発明の範囲に存するとともに、添付の特許請求の範囲によって保護されているものとする。
【００１８】
本発明は、以下の図面を参照することによって、より理解することができる。図面中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を説明するために強調されている。図面中、異なる図面を通して対応する部分には、同一の参照符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】当技術分野で公知の３次元イオントラップの断面立面図である。
【図２】当技術分野で公知の線形イオントラップの斜視図である。
【図３】サンプル量を時間の関数としてプロットしたものであって、当技術分野で公知の電荷蓄積制御技術を説明しているもの（図３Ａ）、および電荷を時間の関数としてプロットしたものであって、当技術分野で公知の電荷蓄積制御技術を説明しているもの（図３Ｂ）である。
【図４】本開示にて教示する一実施態様に係る、システム実装電荷制御の一例を示した模式図である。
【図５】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した断面模式図である。
【図６】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した斜視図である。
【図７】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した切り欠き斜視図である。
【図８】偏向器電圧を時間に対してプロットしたものであって、本開示にて教示するパルス周波数変調技術の一例を説明している。
【図９】イオンパルスを時間に対してプロットしたものであって、本開示にて教示するパルス周波数変調技術の一例を説明している。
【図１０Ａ】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した断面図であって、本開示にて教示する比例変調技術の一例に係る偏向器電圧の組み合わせを種々異ならせたものである。
【図１０Ｂ】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した断面図であって、本開示にて教示する比例変調技術の一例に係る偏向器電圧の組み合わせを種々異ならせたものである。
【図１０Ｃ】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した断面図であって、本開示にて教示する比例変調技術の一例に係る偏向器電圧の組み合わせを種々異ならせたものである。
【図１０Ｄ】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した断面図であって、本開示にて教示する比例変調技術の一例に係る偏向器電圧の組み合わせを種々異ならせたものである。
【図１０Ｅ】本開示にて教示する一実施態様に係る、イオンビーム変調器の一例を示した断面図であって、本開示にて教示する比例変調技術の一例に係る偏向器電圧の組み合わせを種々異ならせたものである。
【図１１】イオン透過の割合を偏向器電圧の関数としてプロットしたものであって、本開示にて教示する比例変調技術の一例を説明している。
【図１２】本開示にて教示する一実施態様に係る、電荷蓄積方法の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書では一般に、「連通（通信、接続）する」および「連通（通信、接続）している」（たとえば、第１の構成要素が第２の構成要素と「連通（通信、接続）する」または「連通（通信、接続）している」）等の用語は、２つ以上の構成要素間または要素間の構造的、機能的、機械的、電気的、信号的、光学的、磁気的、電磁的、イオン的、または流体的関係を示す際に使用している。そのため、１つの構成要素が第２の構成要素と連通（通信、接続）しているという事実は、別の構成要素が第１および第２の構成要素間に存在する可能性、および／または両者と動作可能に関連付けもしくは係合される可能性を除外するものではない。
【００２１】
本明細書に開示の主題は、一般的にはイオンの電荷制御および関連するイオン処理に関する。方法、ならびにその関連機器、装置、および／またはシステムの実施態様の各例については、図４〜図１２を参照して以下により詳しく説明する。なお、これらの例は、質量分析との関連で説明している。ただし、イオンの制御や検出等の処理に関わる任意のプロセスは、本開示の範囲内に包含されてもよい。その他の例としては、材料、電子装置、光学装置、および製品の製造に用いられるような真空蒸着等の製造プロセスが挙げられるが、これらには限定されない。
【００２２】
図４は、本開示の一実施態様に係る、イオン電荷フラックスを制御する機器（または装置、アセンブリ、システム等）の一例を示した模式図である。本明細書で使用する通り、「フラックス」という用語は、規定面積の平面を単位時間に通過する電荷の数として定義してもよい。図４は、電荷フラックス制御装置を実装可能な動作環境の例も示している。一例として、電荷フラックス制御装置は、質量分析（ＭＳ：Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）システムまたはその他のイオン処理システム４００として具現化してもよいし、その一部として含まれていてもよい。当業者には当然のことながら、システム４００の多くの構成要素は、極低圧または真空で動作するものであってもよい。なお、そのような動作条件の維持に必要な種々構成要素（たとえば、密封筐体、ゲート、真空ポンプ等）については、簡略化のため図示していない。同様に、（以下に説明する構成要素は別として）システム４００のモジュール間を流れるイオンの制御に利用される種々構成要素（たとえば、イオン光学素子等）についても図示していない。
【００２３】
サンプル材料は、任意の適当なサンプル導入システム（図示せず）によってイオン源４０２に供給される。イオン源４０２は、サンプル材料をイオン化して、連続またはパルスイオンビーム４０４を生成する。一部の実施態様において、イオン源４０２は、大気圧で動作するものであってもよく、そのため、システム４００の真空部分の外側に配置されていてもよいが、別の実施態様においては、低圧または真空の条件下で動作するものであってもよい。イオン源４０２で生成されたイオンは、イオンビーム変調器４０８に移送４０６される。イオンビーム変調器４０８の詳細な実施例については、以下で説明する。また、以下で説明するように、イオンビーム変調器４０８は、パルス周波数変調および比例変調を含む様々な技術に従って電荷フラックスを変調するものであってもよい。イオンビーム変調器４０８は、イオンの移送４１０を制御することにより、イオン蓄積器（または電荷蓄積器）４１２への電荷フラックスを制御する。また、以下で説明するように、イオンビーム変調器４０８は、イオン蓄積器４１２との連通を可能にするイオン開口部を介して、イオンビーム変調器４０８からイオン蓄積器４１２まで貫くイオン軸から、イオンビームを所望の角度だけ偏向させる手段を具備していてもよい。このように、イオンビーム変調器４０８は、一定の蓄積時間Ｔａｃにわたって、目標電荷数をイオン蓄積器４１２に移送することができる。この目標電荷数は、たとえば実施する特別な実験に最適と考えられる量であってもよい。
【００２４】
イオン蓄積器４１２は、たとえば図１または図２に示すとともに上述したイオントラップ１００または２００等、制御可能な条件下でイオンを閉じ込め可能な任意の装置であってもよい。イオン蓄積器４１２自身は、質量分析または質量フィルタリングプロセスを実施可能であってもよい。また、イオン蓄積器４１２は、図１または図２に示したイオントラップ１００または２００の場合のように、イオンに電界を印加するように構成されていてもよい。さらに、イオン蓄積器４１２は、たとえばイオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ：Ｉｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）トラップもしくはフーリエ変換質量分析計（ＦＴＭＳ：Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）、または１もしくは複数の電気的セクターおよび磁気的セクターを含む器具の場合のように、電界および磁界の両者を印加するように構成されていてもよい。一部の実施態様において、イオン蓄積器４１２は、イオンの別のイオン蓄積または閉じ込め装置４１８への移送４１６に備えて、イオンの蓄積、保持、または閉じ込めを行う装置として単独または主として機能するものであってもよい。たとえば、第２のイオン蓄積または閉じ込め装置４１８は、質量分析器として構成してもよい。一具体例において、第２のイオン蓄積または閉じ込め装置４１８は、ＦＴＭＳの形態で提供される。当業者には当然のことながら、このような装置４１８は通常、そのイオン処理または操作機能の実現に適した多重極、セクター型、またはその他の電極構造を含んでいてもよい。
【００２５】
より一般的に、装置４１８は、連続ビーム装置（たとえば、多重極装置、飛行時間型（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ‐ｏｆ‐Ｆｌｉｇｈｔ）、電気的もしくは磁気的セクター型等）または時系列（時間順）型装置（たとえば、イオントラップ、ＦＴＭＳ等）として構成されていてもよい。さらに、システム４００は、タンデム型ＭＳまたはＭＳ／ＭＳ等の複合技術を実施可能であってもよく、この場合は、２つ以上の質量分析器（かつ２種類以上の質量分析器）を使用してもよい。一例として、イオン源は、混合物の分子イオンを分離するために質量分離の第１段階として動作する多重極またはセクター構造と接続してもよい。第１の分析計は、衝突集束関数を実行するとともに衝突チャンバまたは衝突セルと呼ばれることが多い別の多重極構造（通常は高周波のみのモードで動作する）と接続してもよい。ここで、アルゴンまたは窒素等の適当な不活性衝突ガスを衝突セルに吹き込んで、イオンの分裂を生じさせることにより、娘イオンを生成する。また、この第２の多重極構造は、娘イオンを走査するために質量分離の第２段階として動作するさらに別の多重極またはセクター構造と接続してもよい。最後に、第２段階の出力をイオン検出器に接続する。
【００２６】
システム４００は、１または複数のイオン検出器を具備していてもよい。これらイオン検出器は、空間電荷制御のための分析前走査（前走査）、および質量スペクトルデータ生成のための分析走査の一部としてイオンの測定を行う必要に応じて、システムのその他の装置と関連して構成および配置してもよい。たとえば、イオン検出器は、イオン源４０２で生成された電荷フラックスの大きさの測定に利用してもよい。また、イオン検出器は、イオン蓄積装置４１２および／または４１８の外部に配置され、これら装置４１２および／または４１８から放出されたイオンを受け入れるようになっていてもよく、または、これら装置４１２および／または４１８と統合していてもよい。一例として、イオン蓄積装置４１２または４１８は、イオントラップとして構成してもよく、外部の電子増倍管、光電子増倍管、ファラデーカップ等にイオンを放出可能であってもよい。また、イオン検出器は、質量走査機能を提供する別の質量分析器と関連付けられていてもよい。標準的な外部イオン検出器の動作においては、適当に印加された（かつ通常は一定の）加速電圧またはバイアス電圧によって、イオン流がイオン検出器側へ集束される。イオン検出器は、受け入れた（検出した）イオン流の強度に比例する電流にイオンを変換する。このイオン／電子変換の結果として得られた電流は、電荷フラックスの測定や質量スペクトルの生成等の必要に応じたさらなる処理のため、増幅されて他の電子装置に伝送される。別の例として、ＦＴＭＳ等のイオン蓄積装置４１２および／または４１８は、１または複数の電極で生成されたイメージ電流の検出、または共鳴状態の間に電界に吸収された出力の測定によって、電荷フラックスを測定するように構成されていてもよい。これらすべての場合において、システム４００は、質量スペクトルの生成の必要に応じて、イオン検出器から出力された電流を処理するように構成されていてもよい。この処理には、単一のプロセッサによる処理／調整、メモリへの格納、および読み出し／表示手段による提示が必要となる場合がある。通常、質量スペクトルは、検出したイオンの相対存在度を質量対電荷比の関数として示した一連のピークである。そして、熟練分析者であれば、質量スペクトルを解釈することによって、システム４００で処理したサンプル材料に関する情報を得ることができる。図４に示す例では、イオン信号処理ハードウェア４２０がイオン蓄積装置４１８と通信している。また、システム４００は、イオン源４０２の「下流側」かつイオンビーム変調器４０８の「上流側」に補助イオン検出器４２２を具備していてもよい。さらに、イオン源４０２で生成されたイオンの補助イオン検出器４２２への案内４２６のため、適当な設計のイオン偏向装置４２４を動作させてもよい。
【００２７】
システム４００は、上述の構成要素の１つまたは複数個を制御する適当なアナログまたはデジタル電子制御装置４３０をさらに具備していてもよい。なお、電子制御装置４３０に対する入出力用の信号伝送線については、簡略化のため図示していない。例として、電子制御装置４３０は、これら構成要素の１つまたは複数個に送られる高周波信号、交流信号、および直流信号のタイミングおよび動作パラメータを制御するほか、ユーザー入力およびプログラミングのためのインターフェースを提供するようにしてもよい。当業者には当然のことながら、電子制御装置４３０は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで構成してもよく、また、プログラム可能な汎用装置および／またはシステム４００の特定の構成要素に対する制御またはインターフェース専用の機能を有する装置である１または複数の制御モジュールを表すものであってもよい。
【００２８】
一部の実施態様において、システム４００は、ビーム変調器４０８とイオン蓄積器４１２との間で軸方向に配置された、たとえば多重極イオンガイド等のイオン閉じ込め構造（明示せず）をさらに具備していてもよい。以下で詳述するように、この付加的なイオン閉じ込め構造は、ビーム変調器４０８で生成されたイオンのパケットを、イオン蓄積器４１２に向けられる連続イオンビームに分散させるのに利用してもよい。
【００２９】
システム４００の運用の一例において、図４に示す第１のイオン蓄積装置４１２は、主としてイオン蓄積器として動作する。第２のイオン蓄積装置４１８は、質量分析器として動作する。ここで、イオン蓄積装置４１２に蓄積された後、質量分析器４１８に移動される電荷を制御する方法を提供する。この方法によれば、イオン源４０２の動作により、イオンビーム４０４が生成される。そして、比較的短時間の前走査を行うことによって、イオン源４０２からの電荷フラックスを見積もることができる。この前走査は、一定時間Δｔｐｒｅの間、イオン源４０２からのイオンビームを補助イオン検出器４２２へと偏向４２６させることによって、電荷フラックスの測定を行ってもよい。あるいは、イオンビームは、変調を伴わずにイオンビーム変調器４０８を通過させて、イオン蓄積装置４１２に案内してもよい。その後、イオン蓄積装置４１２の動作により、イオン蓄積装置４１２と関連付けられたイオン検出器（図示せず）にイオンが放出される。さらに別の方法として、イオンビームは、変調を伴わずにイオンビーム変調器４０８を通過させて、イオン蓄積装置４１２に案内してもよい。イオンは、一定時間Δｔｐｒｅの間、イオン蓄積装置４１２に蓄積可能となり、その後、質量分析器４１８に移動されて測定される。これらいずれの場合においても、イオン源４０２からの電荷フラックスを測定した後は、次の分析走査でイオン蓄積器４１２に蓄積されるべき目標電荷数Ｔｖを決定するための計算が行われる。目標電荷数は、サンプル材料に対して行われる分析実験の種類、サンプル材料の既知もしくは考え得る組成または化学構造等、多くの要素により決まるものであってもよい。一般的に、目標電荷数は、１または複数の要素に従ってサンプル分析を最適化する値である。たとえば、このような最適化の目的としては、空間電荷の悪影響を除去するか、または少なくとも分析上許容できる水準まで低減させつつ、高い感度および質量分解能を提供することが挙げられる。結果として、蓄積するべき目標電荷数により、次の分析走査におけるイオンビームの変調度が決定される。また、この変調の程度によって、分析実験中のイオンビーム変調器４０８の動作方法が決定される。
【００３０】
前走査を実行して変調度を決定した後は、イオン源４０２の動作により、第２のイオンビームが生成される。第２のイオンビームは、上述の計算または決定に従って、イオンビーム変調器４０８により変調される。イオンビーム変調器４０８は、予め決められた一定の電荷蓄積時間Ｔａｃにわたってイオンがイオン蓄積装置４１２に進入できるように、第２のイオンビームのイオン電荷フラックスを変調する。この一定の蓄積時間Ｔａｃ、すなわち電荷蓄積のためイオン蓄積装置４１２が「開放」される時間は、イオン蓄積装置４１２の電荷容量により決まるものであってもよい。また、この電荷容量は、当業者には当然のことながら、多くの物理的および運用上の要素（たとえば、装置の形状、直径、長さ、印加信号の周波数、高周波電圧等）により決まるものであってもよい。さらに、上記一定の蓄積時間Ｔａｃは、電荷フラックスにより決まるものであってもよい。たとえば、電荷フラックスがあまりにも小さい場合は、イオンビーム変調器４０８をデューティサイクル（デューティ比）１００％で動作させても、所与の蓄積時間Ｔａｃに十分な電荷が生成されないこともある。この場合は、蓄積時間を長くする必要がある。
【００３１】
この電荷蓄積時間の最後に、目標電荷数Ｔｖがイオン蓄積装置４１２に蓄積されることになる。イオン蓄積装置４１２は、質量分析を実施するように構成されている場合、所望の実験に従って蓄積イオンの分析走査を行うように動作させてもよい。あるいは、イオン蓄積装置４１２の動作によって、蓄積イオンを質量分析器４１８に移送した後、所望の分析走査を行ってもよい。
【００３２】
図５は、本開示にて教示するところのイオンビーム変調器５００の一例を示した断面模式図である。図６は、この例の３次元構造を示すイオンビーム変調器５００の斜視図である。図７は、電極形状を示すために切り欠いたイオンビーム変調器５００の別の斜視図である。
この例において、イオンビーム変調器５００は、第１真空チャンバ５０２および第２真空チャンバ５０４を具備する。イオン源で生成されたイオンビーム５０６は、スキマープレート等の適当なイオン入射口５０８を介して第１真空チャンバ５０２に進入する。イオンビーム変調器５００は、イオン蓄積装置のイオン入射開口部５１０と連通している。このように、イオン入射口５０８、第１真空チャンバ５０２、第２真空チャンバ５０４、および入射開口部５１０を通るイオン軸５１２に大略的に沿ったイオン経路が定義される。また、イオン蓄積装置の入射開口部５１０は、イオンビーム変調器５００のイオン出射口、または変調器出射口、蓄積器入射口、およびイオン移送中間構造（たとえば、キャピラリ）の組み合わせ等と見なしてもよい。
【００３３】
第１真空チャンバ５０２は、たとえばイオン軸５１２に沿って延びた六重極ロッド構成等のイオンガイド５１４を具備していてもよい。第１真空チャンバ５０２と第２真空チャンバ５０４との間の境界には、イオン軸５１２の周りに配されたイオン案内出射レンズ５１６が含まれる。イオンガイド５１４は、必要に応じて交流（高周波）または交流および直流電位を利用して、入射口５０８からイオン案内出射レンズ５１６にイオンを移送する。イオン案内出射レンズ５１６は、イオンガイド５１４からイオンを抽出するとともに、次の真空チャンバ５０４へのガス流を制限する。
【００３４】
第２真空チャンバ５０４は、協働してイオン蓄積装置の入射開口部５１０にイオンビーム５０６を集束させるように機能するイオン案内集束レンズ５１８、イオン偏向レンズ５２０、および入射レンズ５２２を具備していてもよい。イオン案内集束レンズ５１８、イオン偏向レンズ５２０、および入射レンズ５２２はそれぞれ、イオン軸５１２の周りに筒状の回転対称をなしていてもよい。一部の実施態様において、イオン偏向レンズ５２０は、物理的に分離した少なくとも２つのイオン偏向素子５２４および５２６を具備する。図示の例では、イオン偏向レンズ５２０が対称軸５１２に沿って２つの筒状部分５２４および５２６に均等分割されている。各電圧源５２８および５３０にて模式的に示す通り、イオン偏向素子５２４および５２６に印加される電位は、独立して制御可能である。
【００３５】
当業者には当然のことながら、電圧源（図示せず）には、それぞれの機能を実行する必要に応じて、その他のイオン光学要素を接続してもよい。また、当然のことながら、イオン経路およびその関連軸５１２は、イオンビーム変調器５００の全範囲にわたって一様に直線である必要はない。図５は、様々なイオン光学要素を相対配置する方法のほんの一例を示している。イオン軸５１２は、イオン入射口５０８からイオンビーム変調器５００の様々な構成要素を経て入射開口部５１０に至るイオン走行の一般的または名目上（非偏向）の方向を表している。
【００３６】
イオン偏向レンズ５２０は、イオンビーム５０６を所望の角度だけ軸から偏向させて変調することにより、入射開口部５１０を通ってイオン蓄積装置に入射する電荷フラックスを制御するように機能する。このように電荷フラックスを制御することにより、一定のイオン（電荷）蓄積時間にイオン蓄積装置に入射するイオン（つまりは電荷）の数も同様に制御可能である。たとえば、イオン偏向レンズ５２０の両イオン偏向素子５２４および５２６が同じ電位および極性である場合（たとえば、イオンの極性に応じて両素子が±３０Ｖである場合等）、イオン偏向レンズ５２０は、イオン集束レンズとして機能する。この場合、イオンビーム５０６は偏向を受けず、言い換えれば、偏向の程度もしくは変調の程度または偏向量もしくは変調量がゼロであり、イオンビーム５０６からのイオンの入射開口部５１０への入射が阻止されることはない。一方、イオン偏向素子５２４および５２６が逆極性の十分大きな電位（たとえば、＋１７０Ｖおよび−１７０Ｖ等）に設定されている場合は、イオンが集束軸５１２から偏向されて、すべてのイオンが入射開口部５１０への入射を阻止される角度まで入射開口部５１０から離間される。上記２通りの動作条件は、図８に詳しく示すように、入射開口部５１０へのイオン流（つまりは電荷フラックス）をＯＮ／ＯＦＦ制御するイオンゲートとしてイオン偏向レンズ５２０を動作させるために実施してもよい。この種の動作は、以下で詳述するように、パルス周波数変調を実施する際に有用である。ＯＮとＯＦＦとの２つの状態間では、所望の割合のイオンに入射開口部５１０を通過させる一方で、残りのイオンの通過を阻止する角度までイオンビーム５０６を偏向させるように、イオン偏向素子５２４および５２６に印加される電位の大きさおよび極性を設定してもよい。この後者の動作モードは、同じく以下で詳述するように、比例変調を実現する際に有用である。
【００３７】
本開示で上述したように、一部の実施態様において、開口部５１０は、イオンビーム変調器５００のイオン出射口であって、所望の軸長のイオン閉じ込め装置（図示せず）と連通している。このイオン閉じ込め装置は、イオン蓄積装置の入射開口部と連通している。このような中間のイオン閉じ込め装置は、多重極（四重極、六重極等）のイオンガイドとして構成してもよく、また、第１真空チャンバ５０２および対応するイオンガイド５１４と同様の概略断面を有していてもよい。したがって、このイオン閉じ込め装置は、たとえば入射開口部と出射開口部との間に軸方向に延びた電極群を具備していてもよい。また、イオン閉じ込め装置の入射開口部は、イオンビーム変調器５００のイオン出射口５１０に対応するものであってもよく、あるいは、イオン出射口５１０から軸方向のある距離に設けられてもよい。同様に、イオン閉じ込め装置の出射開口部は、イオン蓄積装置の入射開口部に対応するものであってもよく、あるいは、イオン蓄積装置の入射開口部から軸方向のある距離に設けられてもよい。また、使用に際しては、特にパルス周波数変調との関連でイオン閉じ込め装置を設けてもよい。イオンビーム変調器５００で生成されたイオンのパケットは、イオン閉じ込め装置内に案内される。減衰ガスとの衝突および飛行時間の影響により、イオン閉じ込め装置内を走行するイオンパケットは、時間的および空間的に分散される。その結果、強度および電荷密度が等しい一連の離散イオンパケットは、一様な強度の連続イオンビームに変換された後、イオン蓄積装置内に案内される。この目的のため、イオン閉じ込め装置内におけるイオンの走行を制御する必要に応じて、交流信号、高周波信号、および／または直流信号を印加してもよい。また、減衰ガスは、圧力差に起因するイオン蓄積装置からの後方漏れにより供給してもよい。あるいは、イオン閉じ込め装置に直接、減衰ガス流を注入してもよい。イオン閉じ込め装置は、変調を受けているイオンの軌道および運動エネルギーが減衰ガスとの衝突の悪影響を受けないように前段のイオンビーム変調器５００を低圧環境に維持するため、イオンビーム変調器５００から構造的に分離していてもよい。
【００３８】
パルス周波数変調を実施するため、イオン偏向電極を動作させることにより（図８）、蓄積器セルの入射開口部５１０に対して近づく方向および遠ざかる方向にイオンビームを交互に偏向させて変調する。これにより、変調器セルが連続イオンビームの電荷フラックスを一連の離散時間パケット、すなわち、パルスの周波数を決定する時間Δｔａｃをそれぞれ有するイオンパケットに分割する。このように、イオンビーム中の異なる質量によって、電荷は時間的および空間的に拡げられる。その結果、予め決められた一定の電荷蓄積時間Ｔａｃ、たとえば５００ｍｓにわたって蓄積器に入射する擬似連続イオンビームが得られる。このように蓄積器セルに目標電荷数を蓄積するには、一定の電荷蓄積時間Ｔａｃにわたって蓄積器セルの入射開口部５１０を介して特定数のイオンパケットを移動させる必要がある。たとえば、イオンビーム５０６が５０μｓの一定パルス幅を有する一連のパルスに分割されている場合、デューティサイクルは、蓄積時間当たり１回のパルスが出現する０．０１％（５００ｍｓ当たり５０μｓのパルス）から蓄積時間当たり持続時間５０μｓのパルスが最大１０，０００回出現する１００％まで変更可能である。
【００３９】
図９は、このプロセスの代表的なタイミング図を示す。前走査時間Δｔｐｒｅの間に収集される電荷Ｑｐｒｅ（クーロンの単位で測定）は、以下の式で得られる。
Ｑｐｒｅ＝（Δｔｐｒｅ）（Ψ）（Ｃ）  数式１
ここで、Ｃはイオン化源に入射するサンプル濃度（イオン／ｃｍ３）、Ψはイオン源のイオン化効率およびイオン検出器の効率に関連する定数（クーロン・ｃｍ３）／（秒・イオン）である。同様に、分析走査時間Δｔａｎａｌの間に収集される電荷Ｑａｎａｌは、以下の式で得られる。
【００４０】
Ｑａｎａｌ＝（Δｔａｎａｌ）（Ψ）（Ｃ）  数式２
特定量の電荷をイオン蓄積器に蓄積した後、質量分析器に移動させたい場合は、電荷Ｑａｎａｌを「目標」値Ｔｖ＝Ｑａｎａｌで表すことができる。イオンの蓄積器への蓄積が可能な分析走査の蓄積時間における合計時間Δｔａｎａｌは、個別の時間パケットΔｔａｃの合計であるため、以下の式で得られる。
【００４１】
Δｔａｎａｌ＝Ｎ（Δｔａｃ）  数式３
ここで、パルス数（または変調器周波数）Ｎ＝１、２、３、・・・、Ｎｍａｘで、Ｎｍａｘ＝Ｔａｃ／Δｔａｃである。
数式１、数式２、および数式３より、以下の関係が得られる。
Ｑｐｒｅ／Ｔｖ＝Δｔｐｒｅ／（ＮΔｔａｃ）、または
Ｎ＝（Δｔｐｒｅ／ｔａｃ）（Ｔｖ／Ｑｐｒｅ）  数式４
前走査の電荷Ｑｐｒｅは、測定値である。その他のパラメータはユーザーが設定するため、これにより、Ｎを計算することができる。そして、図９に示すパルス間の時間も計算することができ、以下の式で得られる。
【００４２】
（Ｔａｃ−ＮΔｔａｃ）／（Ｎ−１）＝Δｔｄ  数式５
前走査用イオン検出器が分析走査用検出器と異なる場合は、以下の通りである。
Ｑｐ＝（Δｔｐｒｅ）（Ψ’）（Ｃ）  数式６
ここで、Ｃはイオン化源に入射するサンプル濃度、Ψ’はイオン源のイオン化効率および前走査用イオン検出器の効率に関連する定数である。特定量の電荷を蓄積器に蓄積した後、質量分析器に移動させたい場合は、電荷Ｑａｎａｌを「目標」値Ｔｖ＝Ｑａｎａｌで表すことができる。数式１および数式６より、以下の関係が得られる。
【００４３】
Ｑｐｒｅ／Ｔｖ＝（Ψ’）Δｔｐｒｅ／（（Ψ）ＮΔｔａｃ）  数式７、または
Ｑｐｒｅ／Ｔ’ｖ＝Δｔｐｒｅ／（ＮΔｔａｃ）  数式８
Ｔ’ｖ＝（Ψ’）Ｔｖ／（Ψ）  数式９
したがって、以下の通りである。
Ｎ＝（Δｔｐｒｅ／Δｔａｃ）（Ｔ’ｖ／Ｑｐｒｅ）  数式１０
このように、前走査に異なるイオン検出器を使用しても、目標値が一定の倍率だけ変化するのみである。サンプル量の変化によってイオン源からの電荷フラックスが変動しているときにイオン蓄積器に収集される所定電荷量の制御は、（１）前走査に対してＴｖ、Δｔｐｒｅ、およびΔｔａｃの値を設定し、（２）前走査の結果として得られるＱｐｒｅを測定し、（３）数式４または数式１０よりＮを計算し、（４）数式５よりΔｔｄを計算することによって実現することができる。
【００４４】
変調器のＯＮ時間（Δｔａｃ）は、当技術分野で知られている任意の適当な手段により、電子タイマーで設定してもよい。同様に、算出された次のＯＮパルスまでの遅延時間Δｔｄおよび総パルス数Ｎについても、当技術分野で知られている任意の適当な手段によって制御してもよい。
測定された特定質量Ｉｍのイオン存在度は、イオン源からのイオン流を直接測定したものではないが、以下のように、イオン源から出射する無変調イオンビームを表す値に後で変換することができる。
【００４５】
Ｉｍｓ＝Ｉｍ（Ｔａｃ／ＮΔｔａｃ）  数式１１
持続時間５０μｓの単一変調パルス（Δｔａｃ）により、イオンパケットがイオン蓄積器への走行を開始することになる。このパルス時間の間に、質量対電荷比が１００でエネルギーが４ｅＶのイオンは、１３８ｍｍの距離を走行する。一方、質量対電荷比が１０００のイオンの走行距離は、４４ｍｍである。したがって、様々な質量対電荷比に分布したイオンを含む標準的なイオンパケットは、電荷の空間的な拡がりをさらに大きくするとともに望ましくない空間電荷の影響をさらに減じるため、単一パルスの時間内で空間的に拡がることになる。蓄積時間Ｔａｃの間にＮ個のパルスが発生している場合は、イオンパケットの飛行時間拡がりによって、電荷がイオン蓄積器の軸に沿って一様に分布するため、軸に沿って電荷密度が一定となる。変調器セルからの電荷フラックスおよび蓄積器セルに入射する電荷フラックスを一定に保つことによって、サンプル量の変化によってイオン源からのイオンフラックスが変動することに起因する空間電荷の変化を阻止することができ、これによりイオンの共鳴周波数の変化が阻止されるため、空間電荷の変化に起因する望ましくない永年周波数シフトの悪影響を除去することができる。
【００４６】
本開示にてさらに教示するところによれば、パルス周波数変調の代替手段として比例変調が挙げられる。比例変調では、蓄積器に入射する電荷フラックスが比例して低減されるように、イオンビームを入射開口部の軸から偏向させることによって電荷フラックスを変調する。以下、図１０Ａ〜図１０Ｅおよび図１１を参照して比例変調を説明する。
図１０Ａ〜図１０Ｅは、図５に示したイオンビーム変調器と同様に構成されたイオンビーム変調器１０００を示す図であって、同じ構成要素には同一の参照符号を付している。具体的に、図１０Ａ〜図１０Ｅは、イオンビーム変調器１０００の様々なイオン光学要素に印加されている標準的な電位を示しており、異なる時間にイオン偏向素子１０２４および１０２６に印加されている様々な偏向器電圧を含んでいる。なお、当然のことながら、電圧の実際の値は、ほんの一例として付与したものであって、これらに限定されない。図１０Ａ〜図１０Ｅのそれぞれにおいて、一方のイオン偏向レンズ１０２４は３０Ｖの一定に保たれているが、対向するイオン偏向レンズ１０２６は図示の電圧で変化している。このため、図１０Ａでは、イオンビーム１００６のすべての負イオン（つまりはすべての電荷）が軸に沿って集束するとともに、すべてのイオン（電荷）が入射開口部１０１０を通過するように、イオン偏向レンズ１０２４および１０２６の両者とも−３０Ｖとなっている。図１０Ｂ、図１０Ｃ、および図１０Ｄでは、（図面に向かって）「右側」のイオン偏向レンズ１０２６に印加された電位が、他方のイオン偏向レンズ１０２４に印加された−３０Ｖの電位から連続して変化することによって、イオンビーム１００６の偏向の程度が大略「右側」に配置された光学要素の方向へ連続的に増加している。図１０Ｂ、図１０Ｃ、および図１０Ｄは、イオン偏向レンズ１０２４および１０２６の動作状態を示しており、所望の比率または割合のイオン（電荷）が入射開口部１０１０を通過する一方で、残りのイオンの通過は阻止されている。図１０Ｅでは、イオン偏向レンズ１０２４および１０２６の電位（差）は、如何なる（または少なくとも大部分の）イオンも入射開口部１０１０を通過しない角度まですべてのイオンが軸から偏向されるように選択されている。
【００４７】
図１１は、可変の偏向器電圧と入射開口部を通過するイオンの割合との関係をプロットしたものであって、様々な初期条件の１００個のイオンの軌道をＳＩＭＩＯＮ  ｖｅｒ．７．０で計算した結果である。測定したイオン強度は、この変調器透過率と偏向器電圧との関係で較正することによって強度変換することができる。
図１２は、電荷蓄積装置に流れ込む電荷フラックスの制御方法の一例を示したフローチャート１２００である。このフローチャート１２００は、図示の方法を実施するように構成された装置またはシステムを表すものであってもよい。このような装置またはシステムは、たとえば他の図面で図示するとともに上述した構成と同様の特性を有するものであってもよい。この方法は、始点１２０２から開始する。ブロック１２０４では、電荷蓄積時間を決定する。電荷蓄積時間は、電荷蓄積装置に電荷が蓄積されるべき時間である。ブロック１２０６では、イオン源から生成された第１イオンビームの電荷フラックスの測定等によって、実験で処理するイオンビームの電荷フラックスを推定する。ブロック１２０８では、推定または測定した電荷フラックスに基づいて、電荷蓄積装置に蓄積されるべき目標電荷数を決定する。ブロック１２１０では、決定した目標電荷数に基づいて、イオン源から生成されたイオンビームを変調する。この変調イオンビームは、前段のイオン群の前走査による電荷フラックスの推定（ブロック１２０６）の後に実験で分析される次のイオン群であってもよい。また、イオンビームの変調に使用する技術は、上述のパルス周波数変調技術または比例変調技術のいずれであってもよい。この方法は、終点１２１２で終了する。
【００４８】
当然のことながら、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々態様または詳細を変更してもよい。さらに、上記説明は、ほんの一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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