(57)【要約】飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析装置及びシステムが開示される。代表的なシステムは、第１のイオンビームを反射し、中間ＴＯＦ焦点を有し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する中間イオンビームを提供する第１の静電ミラープリズムと、第２のイオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、出力ＴＯＦ焦点を有する第３の再結合済みイオンビームを提供する第２の静電ミラープリズムと、第３のイオンビームのイオンを受信及び検出するために出力ＴＯＦ焦点に配置されたイオン検出器とを備える。バンドパスフィルターは、中間ＴＯＦ焦点に配置されて、選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する第２のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にしてもよい。タンデムＭＳ−ＭＳ及び選択可能飛行時間用を含む、更なる静電ミラープリズムを有する構成が開示される。【選択図】図２９
2019505082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析システムであって、該システムは、入力ＴＯＦ焦点を有する第１のパルス化イオンビームを提供するパルス化イオン源に結合可能であり、該システムは、
静電ミラープリズム配置であって、
第１の静電ミラープリズムであって、前記第１のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第２の中間イオンビームを提供するために、第１の減速電界を発生する第１の複数の電極を有し、前記第２のイオンビームは中間ＴＯＦ焦点を有する、第１の静電ミラープリズムと、
第２の静電ミラープリズムであって、該第２の静電ミラープリズムは、前記第１の静電ミラープリズムから第１の所定の距離だけ離間し、前記第１の静電ミラープリズムから所定の第１の角度オフセットを有するように更に配置され、該第２の静電ミラープリズムは、前記第２のイオンビームを反射し、イオンの前記空間分散を収束させて、第３の再結合済みイオンビームを提供するために、第２の減速電界を発生する第２の複数の電極を有し、前記第３のイオンビームは出力ＴＯＦ焦点を有する、第２の静電ミラープリズムと、
を備える静電ミラープリズム配置と、
前記第３のイオンビームを受信するために前記出力ＴＯＦ焦点に配置されたイオン検出器であって、前記第３のイオンビームの複数のイオンを検出するように適合される、イオン検出器と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記検出器は、前記検出器表面上のイオン衝突位置を検出して、前記第３のイオンビームの断面の無収差イメージを発生するように更に適合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記所定の第１の角度オフセットは９０度である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第３の再結合済みイオンビームは、前記第２の中間イオンビームのイオンの前記空間分散を打ち消す、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記静電ミラープリズム配置は、
可動エネルギーバンドパス制御スリットを有するバンドパスフィルターを更に備え、該バンドパスフィルターは、選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する前記第２のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にするために前記中間ＴＯＦ焦点に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の複数の電極及び前記第２の複数の電極は、それぞれ、
第１のグラウンド電位を有する第１の前電極と、
第２の電位を有する第２の電極と、
第３の電位を有する第３の後電極と、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の複数の電極及び前記第２の複数の電極のそれぞれの電極は、格子電極、固体電極、中央開口を有する固体電極、及びその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの電極タイプを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記静電ミラープリズム配置は、
第１の方向に前記第１の静電ミラープリズムから離間して配置された第１のリフレクトロンと、
前記第１の方向に対向する第２の方向に前記第２の静電ミラープリズムから離間して配置された第２のリフレクトロンと、
を更に備え、
前記第１及び第２のリフレクトロンはそれぞれ、対応する中心軸を有し、前記第１及び第２のリフレクトロンは、各中心軸が前記第２のイオンビームに整列しかつ同一の広がりを持つ状態で更に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１及び第２の静電ミラープリズムがオフ状態にあるとき、前記第２のイオンビームは、前記第１のリフレクトロンと前記第２のリフレクトロンとの間で反射して、選択された飛行時間に比例する選択可能な数の反射を提供する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記静電ミラープリズム配置に結合されたプロセッサを更に備え、該プロセッサは、前記第１及び第２の静電ミラープリズムのオン状態及びオフ状態を制御して、前記選択された飛行時間に応答して前記第１のリフレクトロンと前記第２のリフレクトロンとの間の反射の数を決定するように適合される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２の静電ミラープリズムがオン状態にあるとき、前記第２のイオンビームは、反射して、前記第３のイオンビームを提供する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記静電ミラープリズム配置は、
第３の静電ミラープリズムであって、前記第１のイオンビーム又は第７のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第４のイオンビームを提供するために、第３の減速電界を発生する第３の複数のイオン透過電極を有し、前記第４のイオンビームは第４のＴＯＦ焦点を有する、第３の静電ミラープリズムと、
第４の静電ミラープリズムであって、該第４の静電ミラープリズムは、前記第３の静電ミラープリズムから第２の所定の距離だけ離間し、前記第３の静電ミラープリズムから所定の第２の角度オフセットを有するように更に配置され、該第４の静電ミラープリズムは、前記第４のイオンビームを反射し、イオンの前記空間分散を収束させて、第５の再結合済みイオンビームを提供するために、第４の減速電界を発生する第４の複数の電極を有し、前記第５のイオンビームは第５のＴＯＦ焦点を有する、第４の静電ミラープリズムと、
第５の静電ミラープリズムであって、前記第５のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第６のイオンビームを提供するため、第５の減速電界を発生する第５の複数の電極を有し、前記第６のイオンビームは第６のＴＯＦ焦点を有する、第５の静電ミラープリズムと、
第６の静電ミラープリズムであって、該第６の静電ミラープリズムは、前記第５の静電ミラープリズムから第３の所定の距離だけ離間し、前記第５の静電ミラープリズムから所定の第３の角度オフセットを有するように更に配置され、該第６の静電ミラープリズムは、前記第６のイオンビームを反射し、イオンの前記空間分散を収束させて、第７の再結合済みイオンビームを提供するために、第６の減速電界を発生する第６の複数のイオン透過電極を有し、前記第７のイオンビームは、前記第１のＴＯＦ焦点に配列された第７のＴＯＦ焦点を有する、第６の静電ミラープリズムと、
を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第３の静電ミラープリズム及び前記第６の静電ミラープリズムは、オフ状態にあり、前記第１のイオンビームは、前記第１の静電ミラープリズムまで透過する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第３の静電ミラープリズムは、オフ状態にあり、前記第７のイオンビームは、前記第１の静電ミラープリズムまで透過する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第３の静電ミラープリズム、前記第４の静電ミラープリズム、前記第５の静電ミラープリズム、及び前記第６の静電ミラープリズムは、オン状態にあり、前記第４、第５、第６、及び第７のイオンビームは、循環して発生されて、選択された飛行時間に比例する選択可能な数の反射を提供する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記静電ミラープリズム配置に結合されたプロセッサを更に備え、該プロセッサは、前記第３及び第６の静電ミラープリズムのオン状態及びオフ状態を制御して、前記選択された飛行時間に応答して反射の数を決定するように適合される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記飛行時間は、所定のレベルの質量分解能及び信号対雑音比を提供するようにユーザー選択可能である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の静電ミラープリズム、前記第２の静電ミラープリズム、前記第３の静電ミラープリズム、前記第４の静電ミラープリズム、前記第５の静電ミラープリズム、及び前記第６の静電ミラープリズムは、エネルギー分散平面において同一平面上にある、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析システムであって、該システムは入力ＴＯＦ焦点を有する第１のパルス化イオンビームを提供するパルス化イオン源に結合可能であり、該システムは、
静電ミラープリズム配置であって、
第１の静電ミラープリズムであって、前記第１のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第２の中間イオンビームを提供するために、第１の減速電界を発生する第１の複数の電極を有し、前記第２のイオンビームは第２の中間ＴＯＦ焦点を有する、第１の静電ミラープリズムと、
第２の静電ミラープリズムであって、該第２の静電ミラープリズムは、前記第１の静電ミラープリズムから第１の所定の距離だけ離間し、前記第１の静電ミラープリズムから所定の第１の角度オフセットを有するように更に配置され、該第２の静電ミラープリズムは、前記第２のイオンビームを反射し、イオンの前記空間分散を収束させて、第３の再結合済みイオンビームを提供するために、第２の減速電界を発生する第２の複数の電極を有し、前記第３のイオンビームは第３のＴＯＦ焦点を有する、第２の静電ミラープリズムと、
第３の静電ミラープリズムであって、前記第３のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第４のイオンビームを提供するために、第３の減速電界を発生する第３の複数の電極を有し、前記第４のイオンビームは第４の中間ＴＯＦ焦点を有する、第３の静電ミラープリズムと、
第４の静電ミラープリズムであって、該第４の静電ミラープリズムは、前記第３の静電ミラープリズムから第２の所定の距離だけ離間し、前記第３の静電ミラープリズムから所定の第２の角度オフセットを有するように更に配置され、該第４の静電ミラープリズムは、前記第４のイオンビームを反射し、イオンの前記空間分散を収束させて、第５の再結合済みイオンビームを提供するために、第４の減速電界を発生する第４の複数の電極を有し、前記第５のイオンビームは第５の出力ＴＯＦ焦点を有する、第４の静電ミラープリズムと、
を備える静電ミラープリズム配置と、
前記第５のイオンビームを受信するために前記第５の出力ＴＯＦ焦点に配置されたイオン検出器であって、前記第５のイオンビームの複数のイオンを検出するように適合される、イオン検出器と、
を備える、システム。
【請求項２０】
レーザービーム又は電子ビームを発生して、前記第３のＴＯＦ焦点において、前記第３のイオンビームの分子を破砕するように適合される解離デバイスを更に備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記解離デバイスに結合されたプロセッサを更に備え、該プロセッサは、前記解離デバイスのオン状態及びオフ状態を制御して、前記第３のＴＯＦ焦点において、前記第３のイオンビームの分子を選択的に破砕するように適合される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プロセッサは、前記解離デバイスを、選択されたデューティサイクルでターンオン又はターンオフして、複数のフラグメント分子を有する質量スペクトル及びフラグメントなし分子を有する質量スペクトルについてタンデム動作モードを提供するように更に適合される、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記静電ミラープリズム配置は、
可動エネルギーバンドパス制御スリットを有する第１のバンドパスフィルターであって、前記第２の中間ＴＯＦ焦点に配置されて、第１の選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する前記第２のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にする、第１のバンドパスフィルターと、
可動エネルギーバンドパス制御スリットを有する第２のバンドパスフィルターであって、前記第４の中間ＴＯＦ焦点に配置されて、第２の選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する前記第４のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にする、第２のバンドパスフィルターと、
を更に備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の静電ミラープリズム、前記第２の静電ミラープリズム、前記第３の静電ミラープリズム、及び前記第４の静電ミラープリズムは、エネルギー分散平面において同一平面上にある、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第３の静電ミラープリズム及び前記第４の静電ミラープリズムは、前記第１の静電ミラープリズム及び前記第２の静電ミラープリズムと同一平面上にない、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２６】
前記所定の第１及び第２の角度オフセットはそれぞれ、４５度以上かつ１３５度以下である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析システムであって、該システムは、入力ＴＯＦ焦点を有する第１のパルス化イオンビームを提供するパルス化イオン源に結合可能であり、該システムは、
静電ミラープリズムの複数の対であって、静電ミラープリズムの該複数の対のうちの静電ミラープリズムの各対は、
第１の静電ミラープリズムであって、前記第１のイオンビーム又は次の再結合済みイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する中間イオンビームを提供するため、第１の減速電界を発生する第１の複数の電極を有し、前記中間イオンビームは中間ＴＯＦ焦点を有する、第１の静電ミラープリズムと、
第２の静電ミラープリズムであって、該第２の静電ミラープリズムは、前記第１の静電ミラープリズムから第１の所定の距離だけ離間し、前記第１の静電ミラープリズムから所定の第１の角度オフセットを有するように更に配置され、該第２の静電ミラープリズムは、前記中間イオンビームを反射し、イオンの前記空間分散を収束させて、前記次の再結合済みイオンビームを提供するため、第２の減速電界を発生する第２の複数の電極を有し、前記次の再結合済みイオンビームは、結合式出力−入力ＴＯＦ焦点を有する、第２の静電ミラープリズムと、
を含む、静電ミラープリズムの複数の対と、
可動エネルギーバンドパス制御スリットを有するバンドパスフィルターであって、静電ミラープリズムの前記複数の対によって提供される複数の中間ＴＯＦ焦点の少なくとも１つの中間ＴＯＦ焦点に配置されて、選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する対応する中間イオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にする、バンドパスフィルターと、
静電ミラープリズムの前記複数の対のうちの静電ミラープリズムの最後の対によって提供される前記次の再結合済みイオンビームを受信するために、前記結合式出力−入力ＴＯＦ焦点に配置されたイオン検出器であって、前記次の再結合済みイオンビームの複数のイオンを検出するように適合される、イオン検出器と、
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する相互参照］
本出願は、Igor Veryovkinを発明者とする、「Right Angle Ion Mirror-Prism (RAIMP)」と題する２０１５年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／２６０，９８７号の非仮出願であり、その利益及び優先権を主張する。この出願は、本出願の譲受人に譲渡され、この出願の全ては、その全体が本明細書で述べられているかのごとく同じ効力を持って、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
【０００２】
本発明は、包括的には、飛行時間質量分析法（time of flight mass spectrometry）に関し、より詳細には、飛行時間質量分析法（「ＴＯＦ−ＭＳ」）における質量分析器として使用するため、運動エネルギーフィルタリング、選択可能な又は構成可能な飛行時間及び飛行時間収束、並びに無収差イメージングを提供するマルチモードイオンミラープリズム及びエネルギーフィルタリング装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
質量分析法（「ＭＳ：mass spectrometry」）システムは、一般に、イオン源、質量分析器、及びイオン検出器（又はイオン検出システム）を備える。イオン源により、関心の試料（又は分析物）の原子又は分子をイオン化することが提供される。種々のイオン光学系もまた、イオン源からイオンを効率的に抽出し加速して、イオンビーム（又はイオンストリーム）を形成するＭＳシステムの一部であり、イオンビームは、質量分析器を通してイオン検出器まで効率的に送出することができる。こうしたイオンが、抽出及び加速後に同じ運動エネルギー「Ｅ」を有する場合、その速度「ｖ」は、以下の数式（１）として、その対応する質量−電荷比（等価的に「ｍ／ｚ」比、又はより単純に「質量（masses）」とも呼ばれる）に反比例して変化し、比較的小さな質量のイオンはより大きな速度を有し、比較的大きな質量のイオンはより小さな速度を有するようになる。
【数１】
2019505082.tif 000003
飛行時間（「ＴＯＦ」）ＭＳシステムにおいて、（パルス又は「パケット（packet）」として）パルス化イオンストリームが、質量分析器に提供されるため、イオンは、イオン源からイオン検出器までの既知の距離を横断し、より大きな速度を有するイオンは時間的に比較的早くイオン検出器に到着し、より小さな速度を有するイオンは時間的に比較的遅くイオン検出器に到着する。そのため、イオンの異なる到着時刻を記録することと同時に、イオン検出器においてイオンを計数することは、その異なる質量に基づくイオンの分離を可能にする。ＴＯＦ−ＭＳ分析は、質量スペクトルを生成し、質量スペクトルは、そのｍ／ｚ比に対応する、その到着時刻の関数として、検出されるイオンの相対存在量を示す一連のピークである。質量分析計は、構成原子及び分子イオンの質量−電荷比の精密な測定値によって、固体、液体、及び気体物質の化学組成を決定するために一般に使用される。
【０００４】
質量分析法の分野において、全ての用途について理想的な質量分析器が存在しないというコンセンサスが広く認められている。ＴＯＦ−ＭＳにおいて、現行技術水準は、２つの別個の技術、すなわち、リフレクトロン及び静電セクターによって代表される。質量分析器のこれら２つのファミリーのそれぞれは、それ自身の長所及び短所を有する。
【０００５】
一例として、図１は、多くの分子ＭＳ用途において（支配的ではないが）一般的である質量分析器用のイオンの直交加速を有するこうした従来技術のＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態を示すブロック図である。従来技術のＴＯＦ−ＭＳシステム５０は、一般に、ドリフト軸に沿うイオンプロセス流に直列に、パルス化イオン源５４（イオン源５２、イオン光学系５６（任意選択で、別々に示されない１つ以上のイオンガイドを含む）、及びイオン加速器６２）、（この例では）リフレクトロン６０を有する飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器５８、イオン検出器６４、及びコンピューティングデバイス６８を備えることができる。試料分子又は原子が、イオン源５２に導入され、イオン源５２は、試料分子又は原子からイオンを生成し、イオンをイオン光学系５６に送り、イオン光学系５６は、次に、イオンビーム（又はストリーム）６６としてイオンを収束させ、イオンをイオン加速器６２に送る。イオン光学系５６は、例えば、イオンビームを圧縮すること及び／又はイオンを熱運動化すること（冷却すること）等の、更なるイオン処理機能を実施することができる。質量分析器５８内にエントリする場合、イオンは、一般に、ドリフト方向に直交して（この場合）かつリフレクトロン６０に向かってイオン７０のパルス又はパケットとして（イオン加速器６２を使用して）注入される。イオンは、リフレクトロン６０によって（一般的に約１８０度）反射され、イオン検出器６４まで移動し、（その異なる質量対電荷（ｍ／ｚ）比に起因する）異なる飛行時間に基づいて分散している。イオン検出器６４は、到着時刻及び／又は到着場所に基づいて信号を発生し、信号は、その後、コンピューティングデバイス６８によって利用されて、当業者が認識するように、ｍ／ｚ比がそれから相関される実際の飛行時間を計算し、試料分子を記述する質量スペクトルを提供する。
【０００６】
しかし、これらの種々の従来技術のＴＯＦ−ＭＳシステムに関する重大な問題は、イオン源５２が発生するイオンの運動エネルギーが場合によっては大きく変動し得ることである。イオンビームを構成するイオンの相当な範囲の運動エネルギーが存在するとき、同じ質量を有するが異なる運動エネルギーを有するイオンは、イオン検出器６４において異なる到着時刻を有することになる。所与の質量についての質量スペクトルにおいて到着時刻の狭いピークを有するのではなく、到着時刻の相当な広がりが存在し、それにより質量スペクトルにおける大きな尾部を有する比較的広いピークがもたらされ、場合によっては、近傍質量のイオンの検出を曖昧にし、それに干渉することになる。実際には、リフレクトロンＴＯＦ−ＭＳは、幅広いイオンエネルギー分布を補償するために早期のリニアＴＯＦ−ＭＳ設計から開発されたが、リフレクトロンは、この問題を完全には解決しない。質量分解能が、任意のＴＯＦ−ＭＳにおいて、Ｔ／ΔＴ、すなわち、イオン源から検出器までの飛行時間「Ｔ」が最大の半分における質量スペクトルの幅（「ΔＴ」）で割られた値として規定されると、運動エネルギーのより大きな変動は、速度及び飛行到着時刻の対応する広がりに起因して、大きなΔＴを発生し、質量分解能を低下させ、また同様に、信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を低下させる。過度のイオン運動エネルギー分布は、測定されるイオンの実際の質量からの、計算される質量の逸脱として規定される質量精度を低下させ得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、運動エネルギーの選択可能でかつ比較的狭いバンドを有するイオンビームを生成するために、イオンビームを構成するイオンの運動エネルギーを選択及び／又は制御することができるＴＯＦ−ＭＳ装置及びシステムが依然として必要とされている。また、こうしたＴＯＦ−ＭＳ装置及びシステムは、種々のシステムの実施の形態において、選択可能な又は構成可能な飛行時間「Ｔ」及びＴＯＦ収束を提供すべきであり、そして、複数のＴＯＦ焦点及びタンデム動作を含むことができる。また、こうしたＴＯＦ−ＭＳ装置及びシステムは、無収差イメージングを可能にするために、検出時にイオンビームの空間情報を選択的に保存すべきである。さらに、こうしたＴＯＦ−ＭＳ装置及びシステムは、これらの種々の特徴についてそして種々の組合せで、ＴＯＦ−ＭＳ装置及びシステムを選択的に動作させる又は構成するために、マルチモード動作が可能であるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的な実施の形態は、多数の利点を提供する。代表的な装置及びシステムの実施の形態は、複数の代表的な静電ミラープリズム配置のうちの選択された静電ミラープリズム配置を使用して、運動エネルギーの選択可能でかつ比較的狭いバンドを有するイオンビームを生成するために、（パルス化）イオンビームを構成するイオンの運動エネルギーを選択及び／又は制御することができる。また、種々の代表的な装置及びシステムの実施の形態は、選択可能な又は構成可能な飛行時間及びＴＯＦ収束を提供し、そして、複数のＴＯＦ焦点及びタンデム動作を含むことができる。また、こうした代表的な装置及びシステムの実施の形態は、無収差イメージングを可能にするために、検出時にイオンビームの空間情報を選択的に保存する。さらに、種々の代表的な装置及びシステムの実施の形態は、これらの種々の特徴についてそして種々の組合せで、代表的な装置及びシステムの実施の形態を選択的に動作させる又は構成するために、マルチモード動作が可能である。最後に、代表的な装置及びシステムの実施の形態は、他のＴＯＦ−ＭＳデバイスと比較して、超高質量分解能と有意に改善された精度との両方を提供する。
【０００９】
飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析システムの代表的な実施の形態が開示され、代表的なシステムの実施の形態は、入力ＴＯＦ焦点を有する第１のパルス化イオンビームを提供するパルス化イオン源に結合可能である。こうした代表的なシステムの実施の形態は、イオン検出器に結合された静電ミラープリズム配置であって、第１の静電ミラープリズムであって、第１のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第２の中間（intermediate）イオンビームを提供するために、第１の減速電界を発生する第１の複数の電極を有し、第２のイオンビームは中間ＴＯＦ焦点を有する、第１の静電ミラープリズムと、第２の静電ミラープリズムであって、この第２の静電ミラープリズムは、第１の静電ミラープリズムから第１の所定の距離だけ離間し、第１の静電ミラープリズムから所定の第１の角度オフセットを有するように更に配置され、この第２の静電ミラープリズムは、第２のイオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、第３の再結合済みイオンビームを提供するために、第２の減速電界を発生する第２の複数の電極を有し、第３のイオンビームは出力ＴＯＦ焦点を有する、第２の静電ミラープリズムとを備える静電ミラープリズム配置と、第３のイオンビームを受信するために出力ＴＯＦ焦点に配置されたイオン検出器とを備え、イオン検出器は、第３のイオンビームの複数のイオンを検出するように適合される。
【００１０】
代表的な実施の形態において、検出器は、検出器表面上のイオン衝突位置を検出して、第３のイオンビームの断面の無収差イメージを発生するように更に適合することができる。
【００１１】
代表的な実施の形態において、所定の第１の角度オフセットは９０度とすることができる。別の代表的な実施の形態において、所定の第１及び第２の角度オフセットはそれぞれ、４５度以上かつ１３５度以下とすることができる。
【００１２】
また代表的な実施の形態において、第３の再結合済みイオンビームは、第２の中間イオンビームのイオンの空間分散を打ち消す。
【００１３】
代表的な実施の形態において、静電ミラープリズム配置は、可動エネルギーバンドパス制御スリットを有するバンドパスフィルターを更に備えることができ、バンドパスフィルターは、選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する第２のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にするために中間ＴＯＦ焦点に配置される。
【００１４】
代表的な実施の形態において、第１の複数の電極及び第２の複数の電極は、それぞれ、第１のグラウンド電位を有する第１の前電極と、第２の電位を有する第２の電極と、第３の電位を有する第３の後電極とを備える。
【００１５】
代表的な実施の形態において、第１の複数の電極及び第２の複数の電極のそれぞれの電極は、格子電極、固体電極、中央開口を有する固体電極、及びその組合せからなる群から選択される少なくとも１つの電極タイプを含む。
【００１６】
別の代表的な実施の形態において、静電ミラープリズム配置は、第１の方向に第１の静電ミラープリズムから離間して配置された第１のリフレクトロンと、第１の方向に対向する第２の方向に第２の静電ミラープリズムから離間して配置された第２のリフレクトロンとを更に備えることができ、第１及び第２のリフレクトロンはそれぞれ、対応する中心軸を有し、第１及び第２のリフレクトロンは、各中心軸が第２のイオンビームに整列しかつ同一の広がりを持つ状態で更に配置される。
【００１７】
このような代表的な実施の形態において、第１及び第２の静電ミラープリズムがオフ状態にあるとき、第２のイオンビームは、第１のリフレクトロンと第２のリフレクトロンとの間で反射して、選択された飛行時間に比例する選択可能な数の反射を提供する。
【００１８】
このような代表的な実施の形態は、静電ミラープリズム配置に結合されたプロセッサを更に備えることができ、プロセッサは、第１及び第２の静電ミラープリズムのオン及びオフ状態を制御して、選択された飛行時間に応答して第１のリフレクトロンと第２のリフレクトロンとの間の反射の数を決定するように適合される。このような代表的な実施の形態において、第２の静電ミラープリズムがオン状態にあるとき、第２のイオンビームは、反射して、第３のイオンビームを提供する。
【００１９】
別の代表的な実施の形態において、静電ミラープリズム配置は、第３の静電ミラープリズムであって、第１のイオンビーム又は第７のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第４のイオンビームを提供するために、第３の減速電界を発生する第３の複数のイオン透過電極を有し、第４のイオンビームは第４のＴＯＦ焦点を有する、第３の静電ミラープリズムと、第４の静電ミラープリズムであって、この第４の静電ミラープリズムは、第３の静電ミラープリズムから第２の所定の距離だけ離間し、第３の静電ミラープリズムから所定の第２の角度オフセットを有するように更に配置され、この第４の静電ミラープリズムは、第４のイオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、第５の再結合済みイオンビームを提供するために、第４の減速電界を発生する第４の複数の電極を有し、第５のイオンビームは第５のＴＯＦ焦点を有する、第４の静電ミラープリズムと、第５の静電ミラープリズムであって、第５のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第６のイオンビームを提供するために、第５の減速電界を発生する第５の複数の電極を有し、第６のイオンビームは第６のＴＯＦ焦点を有する、第５の静電ミラープリズムと、第６の静電ミラープリズムであって、この第６の静電ミラープリズムは、第５の静電ミラープリズムから第３の所定の距離だけ離間し、第５の静電ミラープリズムから所定の第３の角度オフセットを有するように更に配置され、この第６の静電ミラープリズムは、第６のイオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、第７の再結合済みイオンビームを提供するために、第６の減速電界を発生する第６の複数のイオン透過電極を有し、第７のイオンビームは、第１のＴＯＦ焦点に配列された第７のＴＯＦ焦点を有する、第６の静電ミラープリズムとを更に備える。
【００２０】
このような代表的な実施の形態において、第３の静電ミラープリズム及び第６の静電ミラープリズムは、オフ状態にあり、第１のイオンビームは、第１の静電ミラープリズムまで透過する。また、このような代表的な実施の形態において、第３の静電ミラープリズムは、オフ状態にあり、第７のイオンビームは、第１の静電ミラープリズムまで透過する。
【００２１】
このような代表的な実施の形態において、第３の静電ミラープリズム、第４の静電ミラープリズム、第５の静電ミラープリズム、及び第６の静電ミラープリズムは、オン状態にあり、第４、第５、第６、及び第７のイオンビームは、循環して発生されて、選択された飛行時間に比例する選択可能な数の反射を提供する。
【００２２】
このような代表的な実施の形態は、静電ミラープリズム配置に結合されたプロセッサを更に備えることができ、プロセッサは、第３及び第６の静電ミラープリズムのオン及びオフ状態を制御して、選択された飛行時間に応答して反射の数を決定するように適合される。このような代表的な実施の形態において、飛行時間は、所定のレベルの質量分解能及び信号対雑音比を提供するようにユーザー選択可能とすることができる。
【００２３】
代表的な実施の形態において、第１の静電ミラープリズム、第２の静電ミラープリズム、第３の静電ミラープリズム、第４の静電ミラープリズム、第５の静電ミラープリズム、及び第６の静電ミラープリズムは、エネルギー分散平面（energy dispersion plane）において同一平面上にあるものとすることができる。
【００２４】
飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析システムの別の代表的な実施の形態が開示され、代表的なシステムの実施の形態は入力ＴＯＦ焦点を有する第１のパルス化イオンビームを提供するパルス化イオン源に結合可能である。こうした代表的なシステムの実施の形態は、イオン検出器に結合された静電ミラープリズム配置であって、第１の静電ミラープリズムであって、第１のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第２の中間イオンビームを提供するために、第１の減速電界を発生する第１の複数の電極を有し、第２のイオンビームは第２の中間ＴＯＦ焦点を有する、第１の静電ミラープリズムと、第２の静電ミラープリズムであって、この第２の静電ミラープリズムは、第１の静電ミラープリズムから第１の所定の距離だけ離間し、第１の静電ミラープリズムから所定の第１の角度オフセットを有するように更に配置され、この第２の静電ミラープリズムは、第２のイオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、第３の再結合済みイオンビームを提供するために、第２の減速電界を発生する第２の複数の電極を有し、第３のイオンビームは第３のＴＯＦ焦点を有する、第２の静電ミラープリズムと、第３の静電ミラープリズムであって、第３のイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する第４のイオンビームを提供するために、第３の減速電界を発生する第３の複数の電極を有し、第４のイオンビームは第４の中間ＴＯＦ焦点を有する、第３の静電ミラープリズムと、第４の静電ミラープリズムであって、この第４の静電ミラープリズムは、第３の静電ミラープリズムから第２の所定の距離だけ離間し、第３の静電ミラープリズムから所定の第２の角度オフセットを有するように更に配置され、この第４の静電ミラープリズムは、第４のイオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、第５の再結合済みイオンビームを提供するために、第４の減速電界を発生する第４の複数の電極を有し、第５のイオンビームは第５の出力ＴＯＦ焦点を有する、第４の静電ミラープリズムとを備える静電ミラープリズム配置と、第５のイオンビームを受信するために第５の出力ＴＯＦ焦点に配置されたイオン検出器とを備え、イオン検出器は、第５のイオンビームの複数のイオンを検出するように適合される。
【００２５】
このような代表的な実施の形態は、レーザービーム又は電子ビームを発生して、第３のＴＯＦ焦点において、第３のイオンビームの分子を破砕するように適合される解離デバイスを更に備えることができる。
【００２６】
このような代表的な実施の形態は、解離デバイスに結合されたプロセッサを更に備えることができ、プロセッサは、解離デバイスのオン及びオフ状態を制御して、第３のＴＯＦ焦点において、第３のイオンビームの分子を選択的に破砕するように適合される。このような代表的な実施の形態において、プロセッサは、解離デバイスを、選択されたデューティサイクルでターンオン又はターンオフして、複数のフラグメント分子を有する質量スペクトル及びフラグメントなし分子を有する質量スペクトルについてタンデム動作モードを提供するように更に適合することができる。
【００２７】
このような代表的な実施の形態において、静電ミラープリズム配置は、可動エネルギーバンドパス制御スリットを有する第１のバンドパスフィルターであって、第２の中間ＴＯＦ焦点に配置されて、第１の選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する第２のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にする、第１のバンドパスフィルターと、可動エネルギーバンドパス制御スリットを有する第２のバンドパスフィルターであって、第４の中間ＴＯＦ焦点に配置されて、第２の選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する第４のイオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にする、第２のバンドパスフィルターとを更に備えることができる。
【００２８】
このような代表的な実施の形態において、第１の静電ミラープリズム、第２の静電ミラープリズム、第３の静電ミラープリズム、及び第４の静電ミラープリズムは、エネルギー分散平面において同一平面上にあるものとすることができる。別の代表的な実施の形態において、第３の静電ミラープリズム及び第４の静電ミラープリズムは、第１の静電ミラープリズム及び第２の静電ミラープリズムと同一平面上にないものとすることができる。
【００２９】
飛行時間（「ＴＯＦ」）質量分析法分析用の質量分析システムの別の代表的な実施の形態が開示され、代表的なシステムの実施の形態は入力ＴＯＦ焦点を有する第１のパルス化イオンビームを提供するパルス化イオン源に結合可能である。こうした代表的なシステムの実施の形態は、静電ミラープリズムの複数の対と、バンドパスフィルターと、イオン検出器とを備え、静電ミラープリズムの複数の対のうちの静電ミラープリズムの各対は、第１の静電ミラープリズムであって、第１のイオンビーム又は次の再結合済みイオンビームを反射し、イオン運動エネルギーに比例するイオンの空間分散を有する中間イオンビームを提供するために、第１の減速電界を発生する第１の複数の電極を有し、中間イオンビームは中間ＴＯＦ焦点を有する、第１の静電ミラープリズムと、第２の静電ミラープリズムであって、この第２の静電ミラープリズムは、第１の静電ミラープリズムから第１の所定の距離だけ離間し、第１の静電ミラープリズムから所定の第１の角度オフセットを有するように更に配置され、この第２の静電ミラープリズムは、中間イオンビームを反射し、イオンの空間分散を収束させて、次の再結合済みイオンビームを提供するために、第２の減速電界を発生する第２の複数の電極を有し、次の再結合済みイオンビームは、結合式出力−入力ＴＯＦ焦点を有する、第２の静電ミラープリズムとを含み、バンドパスフィルターは、可動エネルギーバンドパス制御スリットを有し、静電ミラープリズムの複数の対によって提供される複数の中間ＴＯＦ焦点の少なくとも１つの中間ＴＯＦ焦点に配置されて、選択された範囲のイオン運動エネルギーを有する対応する中間イオンビームのイオンの伝搬を選択的に可能にし、イオン検出器は、結合式出力−入力ＴＯＦ焦点に配置されて、静電ミラープリズムの複数の対のうちの静電ミラープリズムの最後の対によって提供される次の再結合済みイオンビームを受信し、イオン検出器は、次の再結合済みイオンビームの複数のイオンを検出するように適合される。
【００３０】
本発明の多数の他の利点及び特徴は、本発明及びその実施の形態の以下の詳細な説明から、特許請求の範囲から、並びに添付の図面から容易に明らかとなろう。
【００３１】
本発明の目的、特徴及び利点は、添付の図面とともに考慮するとき、以下の開示を参照してより容易に理解されよう。図面では、それぞれの図において同様の参照符号を用いて同一の構成要素が識別されており、アルファベット文字を伴う参照符号は、それぞれの図において選択された構成要素実施形態の更なるタイプ、実例又は変形を識別するために利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術のＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図２】代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図３】代表的な第１静電ミラープリズム配置を有する第１の代表的な実施形態として代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態を示し、かつ、第１の代表的な実施形態として代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態を示すブロック図である。
【図４】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について代表的な第１の静電ミラープリズム配置を詳細に示す断面概略平面図である。
【図５Ａ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態に提供される１次イオンビーム（又は出力ビーム）の断面を示す。
【図５Ｂ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態内の静電ミラープリズムによって空間分散された２次イオンビームの断面を示す断面概略図である。
【図６】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態における代表的な静電ミラープリズム内で印加される代表的な電位を示すグラフ図である。
【図７】再結合済みの及び／又は収束性の３次イオンビーム又は更に空間分散済みの若しくは発散性の３次イオンビームを発生するために、代表的な静電ミラープリズムの対応する角度オフセットがある状態での、代表的な空間分散済みの２次イオンビームを示す断面概略平面図である。
【図８Ａ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について代表的なバンドパスフィルターを示す。
【図８Ｂ】エネルギーバンドパス制御スリットを形成する代表的な摺動板を示す等角図である。
【図９】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、再結合済みの及び／又は収束性の３次イオンビームを発生するために、代表的な静電ミラープリズムの対応する角度オフセットがある状態での、代表的な１次イオンビーム、代表的な空間分散済みの２次イオンビームを有する代表的な第２の静電ミラープリズム配置を示す断面概略平面図である。
【図１０】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、再結合済みの及び／又は収束性の３次イオンビームを発生するために、代表的な静電ミラープリズムの対応する角度オフセットがある状態での、代表的な１次イオンビーム、代表的な空間分散済みの２次イオンビームを有する代表的な第３の静電ミラープリズム配置を示す断面概略平面図である。
【図１１】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、再結合済みの及び／又は収束性の３次イオンビームを発生するために、代表的な静電ミラープリズムの対応する角度オフセットがある状態での、代表的な１次イオンビーム、代表的な空間分散済みの２次イオンビームを有する代表的な第４の静電ミラープリズム配置を示す断面概略平面図である。
【図１２】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第１の実施形態を示す等角図である。
【図１３】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第２の実施形態を示す等角図である。
【図１４】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第３の実施形態を示す等角図である。
【図１５】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第４の実施形態を示す等角図である。
【図１６】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第５の実施形態を示す等角図である。
【図１７】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第４の実施形態を示す等角断面図である。
【図１８】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムの代表的な第５の実施形態を示す等角断面図である。
【図１９】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステムの実施形態について、種々の静電ミラープリズム配置で使用するための静電ミラープリズムの代表的な第６の実施形態を示す断面図である。
【図２０】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、種々の静電ミラープリズム配置で使用するための静電ミラープリズムの代表的な第７の実施形態を示す断面図である。
【図２１】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステムの実施形態について、第２のすなわち２次のイオンビームの代表的なバンドパスエネルギーフィルタリングを示す断面図である。
【図２２Ａ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムを使用する代表的な無収差イメージングを示す図である。
【図２２Ｂ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムを使用する代表的な無収差イメージングを示す図である。
【図２２Ｃ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムを使用する代表的な無収差イメージングを示す図である。
【図２２Ｄ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、代表的な第１の静電ミラープリズム配置を有する静電ミラープリズムを使用する代表的な無収差イメージングを示す図である。
【図２３】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第１のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第５の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２４】図２３の代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第１のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第５の静電ミラープリズム配置を示す断面図である。
【図２５】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第２のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第６の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２６】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第３のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第７の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２７Ａ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、更なるリフレクトロンを有する代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第８の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２７Ｂ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、更なるリフレクトロンを有する代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第８の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２７Ｃ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、更なるリフレクトロンを有する代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第８の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２７Ｄ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、更なるリフレクトロンを有する代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第８の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２８Ａ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第４のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第９の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２８Ｂ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第４のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第９の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２８Ｃ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第４のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第９の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２８Ｄ】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第４のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第９の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【図２９】代表的なＴＯＦ質量分析器装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステムの実施形態について、第５のカスケード式及びタンデム配置又は構成を有する代表的な静電ミラープリズムを有する代表的な第１０の静電ミラープリズム配置を示す等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、多くの異なる形態での実施形態が可能であるが、本開示は、本発明の原理の例示としてみなされるべきであり、かつ本発明を例示する具体的な実施形態に限定するようには意図されていないということを理解して、本発明の具体的で例示的な実施形態が図面に示されかつ本明細書において詳細に記載される。これに関して、本発明に一貫する少なくとも１つの実施形態について詳細に説明する前に、本発明は、上述しかつ後述し、図面に示し、又は例に記載する構造の詳細及び構成要素の構成にその適用が限定されないことが理解されるべきである。本発明と一貫する方法及び装置は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施され実現されることができる。また、添付の要約書とともに本明細書で採用する専門語及び術語は、説明を目的とするものであり、限定するものとみなされるべきではないことが理解されるべきである。
【００３４】
上記で述べたように及び以下でより詳細に論じるように、複数の代表的な静電ミラープリズム配置の選択された静電ミラープリズム配置を使用する、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａの代表的な実施形態は、運動エネルギーの選択可能でかつ比較的狭いバンドを有するイオンビームを生成するために、（パルス化）イオンビームを構成するイオンの運動エネルギーを選択及び／又は制御することができる。また、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、種々のシステムの実施形態において、選択可能な又は構成可能な飛行時間及びＴＯＦ収束を提供し、複数のＴＯＦ収束及びタンデム動作を含むことができる。また、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、無収差イメージングを可能にするために、検出時にイオンビームの空間情報を選択的に保存する。さらに、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、これらの種々の特徴についてそして種々の組合せで、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａの実施形態を選択的に動作させる又は構成するために、マルチモード動作が可能である。最後に、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、他のＴＯＦ−ＭＳデバイスと比較して、超高質量分解能と有意に改善された精度との両方を提供する。
【００３５】
図２は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００の実施形態を示すブロック図である。図３は、ＴＯＦ質量分析器１００装置の第１の代表的な実施形態として代表的なＴＯＦ質量分析器１００Ａ装置の実施形態を示し、かつ、ＴＯＦ−ＭＳシステム２００の第１の代表的な実施形態として代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００Ａの実施形態を示すブロック図である。図４は、静電ミラープリズム１５０の配置済みの又は構成済みの第１の実施形態を有する、代表的なＴＯＦ質量分析器１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００Ａの実施形態について、代表的な静電ミラープリズム配置１４５を示す断面概略平面図である。図５Ａ及び図５Ｂは、図５Ａにおいて、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態に提供される１次イオンビーム（又は出力ビーム）の断面を示し、図５Ｂにおいて、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態内の静電ミラープリズム１５０によって空間分散された２次イオンビームの断面を示す断面概略図である。図６は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００の実施形態における代表的な静電ミラープリズム１５０内で印加される代表的な電位を示すグラフ図である。図７は、静電ミラープリズム１５０の相互の幾何学的配置に応じて、再結合済みの及び／又は収束性の３次イオンビーム又は更に空間分散済みの若しくは発散性の３次イオンビームを発生するために、代表的な静電ミラープリズム１５０の対応する角度オフセットがある状態での、代表的な空間分散済みの２次イオンビームを示す断面概略平面図である。図８Ａ及び図８Ｂは、図８Ａにおいて、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａの実施形態について代表的なバンドパスフィルター（又は、フィルターシステム）１４０を示し、図８Ｂにおいて、エネルギーバンドパス制御スリット２５５を形成する代表的な摺動板１４２を示す等角図である。
【００３６】
図２及び図３を参照すると、代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａは、ＴＯＦ質量分析器１００装置と、イオン検出器１２０と、パルス化イオン源１０５とを備える。代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態は、イオン検出器１２０に結合される少なくとも１つの静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、又は５００を備える。静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００は、「ミラープリズム」として本明細書でよぶ少なくとも２つの静電ミラープリズム１５０を備える。その理由は、以下でより詳細に論じるように、それぞれのこうした静電ミラープリズム１５０が、同時に、到来イオンビームを反射し、また同様に、その運動エネルギーに従ってイオンビームのイオンを発散（又は逆に、焦点の収束）させるからである。同様に、以下でより詳細に論じるように、代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａは、同様に任意選択で、プロセッサ１３０と、メモリ１２５と、及びネットワークインターフェース（「ネットワークＩ／Ｆ（network I/F）」）１３５とを有するコンピューティングデバイス１３２も備えることができる。
【００３７】
図２〜図８を参照すると、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａについて、それぞれの代表的な静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００は、少なくとも２つの静電ミラープリズム１５０を備え、少なくとも２つの静電ミラープリズム１５０は、互いから所定の距離「Ｄ」（静電ミラープリズム１５０の任意の対応する場所の間で測定することができる）だけ離間するように、対として配置又は構成され、また、互いから所定の角度オフセット「φ」を有するように更に配置又は構成される。図３及び図４に示すように、代表的なＴＯＦ質量分析器１００Ａ装置の実施形態について、第１の静電ミラープリズム配置１４５は、第１の静電ミラープリズム１５０１及び約９０度の所定の角度オフセットφを有する第２のミラープリズム１５０２として図４に示す少なくとも２つの静電ミラープリズム１５０を備える。代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａについて、代表的な静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００は、以下でより詳細に論じるように、第１の静電ミラープリズム１５０１と第２の静電ミラープリズム１５０２との間に配置又は構成されるバンドパスフィルター１４０も備えることができる。
【００３８】
同様に、以下でより詳細に論じるように、種々の代表的な静電ミラープリズム１５０配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００は、更なる静電ミラープリズム１５０を、対毎に、ともに採用される２つの静電ミラープリズム１５０単位で備えてもよく、静電ミラープリズム１５０は、互いから所定の距離「Ｄ」（１９０）だけ離間するように、対として配置又は構成され、また、互いから所定の角度オフセット「φ」（１９５）を有するように更に配置又は構成され、それらの値はともに、静電ミラープリズム１５０のそれぞれのこうした対の２つの間で及び３つ以上の間で同じである又は異なるものとすることができる。また、種々の代表的な静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００の任意の配置は、図２７を参照して以下で示し論じるような、１つ以上のリフレクトロン４２０、４２５等の他の構成要素も備えることができる。また、種々の代表的な静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００の任意の配置は、図２９を参照して以下で示し論じるような、タンデム動作のための代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａの実施形態を構成する他の構成要素も備えることができる。
【００３９】
所定の距離「Ｄ」１９０は、何らかの方法で測定することができ、また、示すように、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２のミラープリズム１５０２の後（すなわちリア）電極のそれぞれの中心１７０から、横断「ｘ」軸に沿って測定される。同様に、所定の角度オフセットφ１９５も、何らかの方法で測定することができ、また、示すように、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２のミラープリズム１５０２のそれぞれの前平面すなわち第１の（すなわち前）電極１６５から（又は同等に、第３のすなわち後電極１５５から）延在するラインを使用して横断ｘ−ｙ平面に沿って測定される。図４に示すように、第１の静電ミラープリズム１５０１と第２のミラープリズム１５０２との間の所定の角度オフセットφは、例えば、限定することなく、約九十度（９０度）であり、他の所定の角度オフセットが、図９〜図１１及び図２６を参照して以下で示され論じられる。この構成において、静電ミラープリズム１５０は、直角イオンミラープリズム（「ＲＡＩＭＰ：right angle ion mirror prism」）であり、エネルギーフィルタリング機能を最大化している。その理由は、バンドパスフィルター１４０にわたる空間内で異なる運動エネルギーを有するイオンを分散させるその能力が、他の角度オフセットφを有する静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４１５、４３０、４５０、５００の中で最大であるからである。
【００４０】
以下でより詳細に論じるように、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態は、イオンがイオン検出器１２０まで移動することを可能にし、対応する質量は、（その異なる質量対電荷（ｍ／ｚ）比に起因する）異なる飛行時間に基づいて決定される。イオン検出器１２０は、通常、プログラム式プロセッサ１３０等の他の処理デバイスとともに、検出システムとして、イオン信号強度を測定し（すなわち、イオンを計数し）、各イオンがイオン検出器１２０に到着する（衝突する）時刻を記録する。幾つかの実施形態において、イオン検出器１２０は、イオン衝突の場所も測定し記録することになる。幾つかの実施形態において、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置は、マルチパルス化（又は多重化）レートで動作し、イオンの複数のパケットが、第１の到来イオンビーム２２０として提供される。こうしたイオン検出器１２０は、ＭＳ技術において知られているように実装されてもよい。イオン検出器１２０は、当業者によって認識されるように、イオン信号を生じ、イオン信号は、その後、プロセッサ１３０によって利用されて、ｍ／ｚ比がそれから相関される実際の飛行時間を計算し、試料原子又は分子を記述する質量スペクトルを構築する。
【００４１】
ＭＣＰ板又は電子増倍管等のイオン検出器１２０は、イオン電流を検出するが到着時刻を検出しない。到着時刻は、プロセッサ１３０内で具現化されるような、時間−デジタル変換器又は信号デジタイザー等のデータ取得ハードウェアによって検出される。このハードウェアは、イオン検出器１２０によって増幅されたイオン電流によって機能する。
【００４２】
本開示の幾つかの実施形態において、イオン検出器１２０は、マルチチャネルイオン検出器であり、以下で論じる無収差イメージング能力において使用するため等で、位置敏感型とすることができる。こうしたマルチチャネルイオン検出器は、複数のチャネルであって、各チャネル又はピクセルが検出器面上の離散的検出エリア又はスポットに対応する、複数のチャネルにわたって、質量識別イオンの束（又は電流）を収集し測定するために構成される。こうしたイオン検出器１２０は、検出スポットにおけるイオンの衝突を検出し、それを、独立した電子シャワーに変換することが可能であり、電子コレクタ（陽極）へのその電流は、電気信号として測定することができる。マルチチャネル検出器の１つの例は、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ：micro-channel plate）検出器である。位置敏感型イオン検出器として設けられると、こうしたイオン検出器１２０（ＭＣＰ技術に基づく）は、電子コレクタ上の複数の位置で複数の独立した測定を行い、したがって、各検出（イオン衝突）スポットについて独立した測定信号出力を発生することが可能である。他の実施形態において、イオン検出器１２０は、ＴＯＦ−ＭＳ用途について最適化された電子増倍管（ＥＭ）であり得る。
【００４３】
代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａは、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０をＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａに提供するパルス化イオン源１０５（任意選択で、任意のイオン光学系、イオンガイド、又はイオン加速器を含むことができる）を更に備えることができる。イオンを発生するイオン源の実施形態は、分光法のための分析物イオンを生成するのに適する任意のタイプの連続ビーム又はパルス化イオン源とすることができるが、ＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａに提供されるように、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０は、イオンの１つ以上のパルス又はパケットから構成され、すなわち、パルス化イオンビームであり、既知のパルス化イオン抽出光学系又は変調等の任意の機構を使用して実装することができる。実装されるイオン化のタイプに応じて、パルス化イオン源１０５は、真空チャンバー内に配置することができ、又は、大気圧で若しくは大気圧の近くで動作することができる。典型的なイオン源１０５は、例えば、限定することなく、電子イオン化（ＥＩ）源、化学イオン化（ＣＩ）源、光イオン化（ＰＩ）源、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）源、フィールドイオン化（ＦＩ）源、プラズマ又はコロナ放電源、レーザー脱離イオン化（ＬＤＩ）源、及びマトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源を含むことができる。幾つかのシステムの実施形態において、パルス化イオン源１０５は、同じタイプ又は異なるタイプとすることができる２つ以上のイオン化デバイスを含むことができる。分析される試料材料は、上記で論じたイオン源の多くによるものを含む、任意の適した手段によってパルス化イオン源１０５に導入することができる。
【００４４】
上記で述べたように、パルス化イオン源１０５は、本明細書で使用するとき、一般に、以下でより詳細に例として述べるもの等の、任意のイオン光学系又はイオンガイドも含むことができる。同様に上記で述べたように、代表的なＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａの実施形態は、以下でより詳細に例として述べるもの等の、プロセッサ１３０と、メモリ１２５と、及びネットワークインターフェース１３５とを有するコンピューティングデバイス１３２を更に備えることができる。プロセッサ１３０は、マルチモード動作のため、及び、飛行時間「Ｔ」を選択及び制御するときに使用するため等で、本明細書で述べるＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａの種々の機能態様を制御、モニター、及び／又は計時するように適合される又はそのために構成される。こうしたコンピューティングデバイス１３２は、例えば、限定することなく、ネットワークコンピューター、メインフレームコンピューター、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ポータブルコンピューター、タブレットコンピューター、ハンドヘルドコンピューター、モバイルコンピューティングデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）、スマートフォン等とすることができ、又はこれらにおいて具現化することができる。また、プロセッサ１３０は、以下に述べる、代表的な静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００の静電ミラープリズム１５０及び他の構成要素に印加される電圧を含む、ＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａの種々の構成要素に対する電圧を印加するために、必要に応じて、全ての電圧源（別々には示さず）、及び、タイミングコントローラー、クロック、周波数／波形発生器等を制御することもできる。また、プロセッサ１３０は、イオン検出器１２０からイオン検出信号を受信し、分析下の試料を特徴付けるクロマトグラム、ドリフトスペクトル、及び質量（ｍ／ｚ比）スペクトルを発生するために、必要に応じて、データ取得及び信号分析に関連するタスクを実施するように適合又は構成することもできる。例えば、限定することなく、プロセッサ１３０は、当該技術分野で知られているように、質量較正方法を適用し、イオン質量を計算するように適合又は構成することもできる。例えば、限定することなく、プロセッサ１３０は、分光分析データ及び他のデータのスクリーンディスプレイを提供し、ユーザー入力を受信するユーザーインターフェース（別々には示さない）を制御するように適合又は構成することもできる。全てのこうした目的で、コンピューティングデバイス１３２は、ネットワークＩ／Ｆ１３５を介して、有線又は無線通信リンクによってＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００Ａの種々の構成要素と通信することができる。コンピューティングデバイス１３２の種々の構成要素は、同様に以下でより詳細に論じられる。
【００４５】
本開示のために、パルス化イオン源１０５について必要とされる全てのことは、運動エネルギーフィルタリングを全く必要とすることなく、第１のすなわち１次の（パルス化）イオンビーム２２０としてＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａに提供されるパルス化イオンビームをパルス化イオン源１０５が発生することである。したがって、第１のすなわち１次の（パルス化）イオンビーム２２０は、広い範囲の運動エネルギーを有する、パケット又はパルス内の複数のイオンとすることができ、一般に、それらから構成される。
【００４６】
静電ミラープリズム１５０のそれぞれは、ターンオンされ、イオンを偏向するために静電バイアスされると、静電ミラープリズム１５０の電極１５５、１６０、１６５に印加される対応する電圧を使用して減速電界を提供する。高い質量分解能のために減速電界を整形するために、静電ミラープリズム１５０は、図４及び図６に示すように、少なくとも１つのイオン透過電極１６０（例えば、格子又は格子なしでかつ開口３１２を有する）を使用して、フィールドを少なくとも２つの異なる領域に分離することができ、第１の領域２３６は第１の勾配を有する電界を有し（図６のライン２２１を使用して示す）、第２の領域２３８は第２の勾配を有する第２の電界を有し（図６のライン２２２を使用して示す）、第１の勾配は第２の勾配より大きい。代替的に、静電ミラープリズム１５０は、以下で論じる種々の実施形態について示すように格子なしであるものとすることができる。議論を容易にするため、静電ミラープリズム１５０が動作する方法の説明は、比較的単純な幾何形状を使用し、２つの電極１５５、１６０は印加電圧を有し、第１の前電極１６５はグラウンド電位を有する。例えば、図６に示すように、第１の（最小の）電圧２２４（グラウンド電位（ゼロ）等の電圧レベル「Ｈ」を有する）は第１の前電極１６５（格子電極として図４において断面で示す）に印加され、第２の電圧２２６（電圧レベル「Ｉ」を有する）は第２の中央電極１６０（同様に、格子電極として図４において断面で示す）に印加され、第３の（最大の）電圧２２８（電圧レベル「Ｊ」を有する）は第３の後電極１５５（固体平面電極として図４において断面で示す）に印加される。静電ミラープリズム１５０内で利用される電極の数に応じて、１つ以上の更なる電圧が、それぞれの対応する中間電極（すなわち、第１の電極１６５と後電極１５５との間に位置する任意の１つ以上の電極）に印加されることになる。抵抗分圧器等の既知の構造を利用して、静電ミラープリズム１５０の種々の電極にこれらの異なる電圧を供給することができ、対応する電圧並びに電極形状、構成、及びレイアウトが、結果として得られる電界を整形するために利用される。図には別々に示さないが、種々の電極１５５、１６０、１６５は、抵抗器又は他の抵抗構成要素によって互いから分離することができ、また更に、通常、種々の絶縁体又は他の誘電材料を使用して等で、任意のハウジング又は外囲器（通常、グラウンド電位で設けられる）から電気絶縁される。
【００４７】
代表的な実施形態において、新規な特徴として、密接して位置決めされた幾つかの電極１５５、１６０、１６５の組に基づいて、直角イオンミラープリズムとして構成されるような静電ミラープリズム１５０は、幾つかの目的で、すなわち、イオン偏向のため、（例えば、ＴＯＦ−ＭＳ分析器１００内での）飛行時間収束のため、また更に、運動エネルギーにわたるイオンの分離（例えば、静電プリズム）のために利用される。図３、図４、及び図９〜図１５に示すように、静電ミラープリズム１５０の幾何形状は、例えば、限定することなく、平面／長方形、例えば、長方形ボックスの形状、平行六面体、台形（図３、図４、図１０〜図１２、図１４〜図１８）、又は円筒（図９、図１３）とすることができる。図３及び図４に示すように、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０は、例えば、限定することなく、減速電界平面に対する垂線から４５度の入射角度で第１の静電ミラープリズム１５０１に入ることができる。そのため、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０は、この減速電界平面からの「イオンの跳ね返り」の事象に似ており、第１の静電ミラープリズム１５０１の主対称軸は、パルス化イオン源１０５によって提供される第１のすなわち１次のイオンビーム２２０の主対称軸に対して４５度だけ回転させることができる。
【００４８】
減速電界の使用は、静電ミラープリズム１５０をイオンミラーとして動作させ、リフレクトロンが行うようにかなり鋭い角度内で戻るようイオンを反射する代わりに、静電ミラープリズム１５０は、イオンのセクター角度及び運動エネルギーに応じて或る特定の角度だけイオンを偏向させる。図３及び図４の構成について示すように、静電ミラープリズム１５０は、イオンを９０度だけ偏向させ、それにより、直角イオンミラーとして働く。同時に、第１の静電ミラープリズム１５０１は、反射したイオンを、その運動エネルギーに対応する空間分解済み平行ビームに分離し、それにより、静電プリズムとして働く。静電ミラープリズム１５０のこの構成は、ＴＯＦ−ＭＳ分析において新しい能力及び機能を可能にする。
【００４９】
図４を参照すると、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０（パルス化され、通常、コリメートされた、すなわち平行なものであり、或る範囲の運動エネルギーを有するイオンを有する）は、ＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａに入り、第１の入力（すなわち初期）ＴＯＦ焦点（又は焦点面）２０５、すなわち、異なる運動エネルギーを有するが同じ質量及び電荷のイオンの同時到着ポイント、すなわち、イオンパケットオリジネーション面を有する。第１のすなわち１次のイオンビーム２２０は、第１の静電ミラープリズム１５０１に入り、（この場合、９０度だけ）偏向されて、第２の（すなわち２次）ＴＯＦ焦点（又は焦点面）２１０を有する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を形成する。さらに、以下でより詳細に論じるように、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を構成するイオンは、空間分散され、運動エネルギーバンド２３５、２４０、２４５として図４に示す異なる運動エネルギーを有する異なるバンドに分離されている。第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の運動エネルギーバンドの選択のため、バンドパスフィルター１４０を、第２のＴＯＦ焦点２１０に設置することができる。次に、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、第２の静電ミラープリズム１５０２に入り、（この場合、同様に９０度だけ）偏向されて、第３の出力ＴＯＦ焦点（又は焦点面）２１５を有する第３のすなわち３次のイオンビーム２３０を形成する。さらに、以下でより詳細に論じるように、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を構成する空間分散済みのイオン（その運動エネルギーによる）は、ここで、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０（このイオンビームにおいて、イオンは、もはやその運動エネルギーに従って空間分散していない）になるよう再結合及び／又は収束されており、（第１のすなわち１次のイオンビーム２２０）のイオンの空間情報は、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０内に保存される。イオン検出器１２０は、通常、この第３のＴＯＦ焦点２１５に設置されて、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０のイオンの到着時刻（及び／又は位置）を検出する。
【００５０】
更なる静電ミラープリズム１５０を有する他の代表的な静電ミラープリズム配置３００、４００、４１５、４３０、４４０、４５０、５００について、イオン検出器１２０は、第３のＴＯＦ焦点２１５と同じ機能を提供する最後のこうしたＴＯＦ焦点に設置される。さらに、静電ミラープリズム１５０の複数の対が利用される種々のカスケード式静電ミラープリズム配置３００、４００、４１５、４３０、４４０、４５０、５００について、（１）対を形成する２つの静電ミラープリズム１５０の間に対応する複数の第２のすなわち２次のイオンビームが存在することになり、それらのビームのそれぞれは、そのそれぞれの運動エネルギーに従って空間分散される又は広がるイオンを有し、それらのビームは本明細書で「中間」イオンビームと呼ばれ、（２）それぞれが対を形成する２つの静電ミラープリズム１５０の間に存在する、対応する複数の第２の（すなわち２次）ＴＯＦ焦点（又は焦点面）が存在することになり、それらの焦点は本明細書で「中間」ＴＯＦ焦点又は焦点面と呼ばれ、バンドパスフィルター１４０は、これらの中間ＴＯＦ焦点の任意の焦点に設置することができ、（３）或る対の第２の静電ミラープリズム１５０によって提供される第３のすなわち３次のイオンビーム２３０は、次の対の第１の静電ミラープリズム１５０に対する、到来する第１のすなわち１次のイオンビーム２２０であることになり、本明細書で、結合式出力−入力ビームと呼ぶことができ、（４）或る対の第２の静電ミラープリズム１５０によって提供される第３のＴＯＦ焦点２１５は、次の対の第１の静電ミラープリズム１５０に対する、到来側の第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５であることになり、本明細書で、結合式出力−入力焦点と呼ぶことができる。
【００５１】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、図４の領域１７５、１８０、及び１８５からの第１、第２、及び第３のイオンビーム２２０、２２５、２３０が示される。図５Ａに示すように、第１及び第３のイオンビーム２２０、２３０は、全体的にコリメートされたビームであり、全体的に円形の断面を有し、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０の任意の空間情報は、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０内に保存又は維持される。対照的に、図５Ｂに示すように、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を形成するイオンは、そのそれぞれの運動エネルギーに従って空間分散されており又は広がっており、（１）高いエネルギーを有するイオンであって、第１の静電ミラープリズム１５０１内に深く入り、そこに長い期間留まった、イオンは、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の運動エネルギーバンド２４５として出て、（２）低いエネルギーを有するイオンであって、第１の静電ミラープリズム１５０１内に少ない程度で深く入り、そこに短い期間留まった、イオンは、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の運動エネルギーバンド２４０として出て、そして、（３）更に低い又は最小のエネルギーを有するイオンであって、第１の静電ミラープリズム１５０１内に少ない程度で又は最小の程度で深く入り、そこに短い期間又は最短の期間留まった、イオンは、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の運動エネルギーバンド２３５として出る。種々の図において、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、単に説明を容易にするため、空間分散済みの３つのエネルギーバンド２３５、２４０、２４５を有するものとして示されてきたが、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５が運動エネルギーの連続スペクトルを含むことを当業者は認識するであろう。第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の、個々の運動エネルギーバンド２３５、２４０、２４５（又はより多くの運動エネルギーバンド）への任意の特定の分離は、ユーザー選択可能であり、バンドパスフィルターシステム１４０を使用して決定することができる。
【００５２】
対を形成する２つの静電ミラープリズム１５０、及び、第１の入力ＴＯＦ焦点２０５から第２の（中間）ＴＯＦ焦点２１０を通して第３の出力ＴＯＦ焦点２１５まで通過するイオンの軌跡が、色収差の打ち消しを可能にするため全体的に同じ平面内にあることに留意することが重要である。静電ミラープリズム１５０の間の領域内の第２のすなわち２次のイオンビーム２２５における異なるエネルギーを有するイオンの空間分散は、図５Ｂにおいて断面で示す「エネルギー分散平面」と呼ぶ同じ平面内で起こる。
【００５３】
代表的な実施形態によれば、第２の（すなわち中間の）ＴＯＦ焦点２１０は、例えば、図８に示すエネルギーバンドパス制御スリット（アパーチャすなわち開口）２５５（調整可能とすることができる）を有するバンドパスフィルター１４０を配置又は設置するための所望の場所を提供して、望ましくないエネルギーを有するイオンをカットオフし、したがって、ＴＯＦ質量スペクトルピークの「尾部」を抑制し、そして、イオン飛行経路に沿うフラグメンテーション又は複数の散乱に起因して形成される低エネルギーイオンをフィルタリング除去する。こうしたバンドパスエネルギーフィルタリングについて、代表的な実施形態において並びに図８Ａ及び８Ｂに示すように、例えば、プロセッサ１３０の制御下でかつバンドパスフィルター１４０内で構成可能であるように、エネルギーバンドパス制御スリット２５５は、（例えば、第１及び第２の可動板１４２であって、同様に可動位置を有してもよく、ともに、（マイクロメーターを使用して等で）手動で、又は、真空若しくは（サーボモーター等の）モーター１４４によって自動で調整されて、スリット２５５幅及びバンドパスフィルター１４０の位置を制御してもよい、第１及び第２の可動板１４２を使用して）調整可能な及び／又は移動可能な幅を有して、エネルギーバンドパス制御スリット２５５の幅１４６を増加又は減少させる、及び／又は、フィルター１４０を移動させ、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５をより多く又はより少なく相応して選択する。代表的な実施形態において、それぞれが「knife edge」として機能する固体モリブデンで構成される可動板１４２が利用される。可動板１４２は、図８Ａに示すように搭載され、それぞれは、精密な位置決めのためマイクロメーターを装備する別個の真空直線運動フィードスルーを通して制御される。これらの可動板１４２は、スリット２５５を形成し、スリット２５５の幅及び位置は、次の通りに精密に調整することができる。すなわち、（１）可動板１４２を離して移動させることによりスリット２５５を開口し、その逆も同様であり、一方、（２）スリット２５５の幅を拡張することを伴って又は伴わずに、運動エネルギーバンド２３５、２４０、２４５のうちの１つ以上又はその一部を選択するため等で、可動板１４２を同じ方向に移動させることにより、その位置をイオンビームに対して中間ＴＯＦ焦点２１０に並進させる。
【００５４】
結果として、バンドパスフィルター１４０（調整可能な幅１４６を有するエネルギーバンドパス制御スリット２５５を有し、また同様に、選択される実施形態に応じて、場合によっては移動可能である）を使用することは、運動エネルギーバンド２３５、２４０、２４５のうちの１つ以上又はその一部を選択すること等、最適に狭い又は広い範囲のイオンエネルギーを選択することを可能にする。これは、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置及びＴＯＦ−ＭＳシステム２００、２００の実施形態の信号対雑音比及び有効質量分解能を改善するのに役立つ。種々の例は、以下でより詳細に示され論じられる。
【００５５】
例えば、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態についての第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の代表的なバンドパスエネルギーフィルタリングは、図２１に示され、最大及び最小の運動エネルギーを有するイオンがフィルタリング除去され、（バンド２４０内の）より中間の運動エネルギーを有するイオンだけがバンドパスフィルター１４０を通過する。同様に例えば、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態についての第２のすなわち中間のイオンビーム２２５、３４０の代表的なバンドパスエネルギーフィルタリングは、図２９に示され、最大及び最小の運動エネルギーを有するイオンが最初にフィルタリング除去され、（バンド２４０内の）より中間の運動エネルギーを有するイオンだけが第１のバンドパスフィルター１４０Ａを通過し、一方、中間イオンビーム３４０の異なるエネルギーの全てのイオンは、示すように、より広いアパーチャ又はスリット幅を有する第２のバンドパスフィルター１４０Ｂを使用して通過することを許可される。
【００５６】
動作時、イオンは、静電ミラープリズム１５０の減速電界領域に貫入し、最も深いポイントでその初期エネルギーの約半分になるまで減速され、出口ポイントで同じエネルギーに戻るように加速される。減速フィールド内でのイオンの軌跡は、例えば、一部の静電ミラープリズム１５０について（及び、その構成及び印加電圧に応じて）１円周の４分の１に類似しており、その半径は、静電ミラープリズム１５０の寸法及びその電極１５５、１６０、１６５に印加される電位に依存する。中央電極（格子）１６０と後電極（板）１５５との間のセクションの寸法及び電気構成は重要である場合がある。同じ寸法及び電位分布について、異なるエネルギーを有するイオンは、異なる回動半径を有するが、重要なことには、９０度の同じ回動角度を有することになる。このことの幾つかの重要な結果は、以下の通りである。
（１）軌跡の長さは、イオンビーム内のイオンの運動エネルギーに依存することになる、すなわち、軌跡の長さは、（その小さな回動半径に起因して）より低いエネルギーについてより短く、そして、（その大きな回動半径に起因して）より高いエネルギーについてより長い。
（２）単一ビーム（第１のすなわち１次のイオンビーム２２０）として同じポイント（２６０）で第１の静電ミラープリズム１５０１に入る異なるエネルギーを有するイオンは、示すように、空間分散され、異なる出口ポイント（２６５、２７０、２７５）を有し、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５内で平行ビーム又はバンドとして飛行する。これらのビームの側方分散は、イオンエネルギー及び中間電極（格子）１６０と後電極（板）１５５との間の空間分離に依存するとすることができる。
（３）空間分散済みの第２のすなわち２次のイオンビーム２２５から第２の静電ミラープリズム１５０２に入る異なるエネルギーを有するイオンは、示すように、異なるポイント（２８０、２８５、２９０）で第２の静電ミラープリズム１５０２に入ることになり、そのとき、最大の運動エネルギーを有する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の部分（バンド２４５）が最初に入り（ポイント２８０）、最小の運動エネルギーを有する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５の部分（バンド２３５）は最後に入り（ポイント２９０）、そして、同じ出口ポイント２９５を有する第３のすなわち３次のイオンビーム２３０として単一ビームに戻るよう再結合及び／又は収束し、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０内で（運動エネルギーの空間分散なしで）単一ビーム又はバンドとして飛行することになる。
【００５７】
異なる運動エネルギーを有するコリメートされたイオンビームが、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５（例えば、ゼロ時間）に対応する平面から、かつ、第１の静電ミラープリズム１５０１に向かうその運動に垂直に発生する場合、より大きい運動エネルギーのイオンがより高い速度を有するが、第１の静電ミラープリズム１５０１内でより長い時間を費やし、より小さな運動エネルギーのイオンがより低い速度を有するが、第１の静電ミラープリズム１５０１を早期に（すぐに）出る状態で、第１の静電ミラープリズム１５０１を通過した後、平行ビームとして飛行するこれらのイオンは、或る時間及び或る距離において、これらのイオンが（ほぼ）同時に交差することになる第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０、すなわち、第１の静電ミラープリズム１５０１から出るその運動に垂直な平面を生成することになる。（ＲＡＩＭＰを使用する）静電ミラープリズム配置１４５について、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点（又は平面）２０５及び２次のＴＯＦ焦点（又は平面）２１０は互いに直交することになる。第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０の位置は、（メジアン）イオンビームエネルギーに依存することになり、第１の静電ミラープリズム１５０１について適切な寸法及び電位分布を選択することによって制御することができる。同じ一定電位について、第１の静電ミラープリズム１５０１のこれらの寸法が大きければ大きいほど、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０は、第１の静電ミラープリズム１５０１から益々遠い距離にあるはずである。同じ一定寸法について、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０の位置の微細な調整は、中間電極１６０及び後電極（板）１５５の電位を変動させることによって行うことができる。
【００５８】
また、装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａは、不完全にコリメートされた（すなわち、わずかに拡散又は収束する）入力又は到来イオンビームを用いて機能することができることが留意されるべきである。こうした場合、入力又は到来イオンビームが拡散性であればあるほど、イオンイメージング能力において多くの非点収差が見られることになる。しかし、この非点収差は、ＴＯＦ収束能力を打ち消さず、ＴＯＦ収束能力はわずかに低下するのみである。結果として、装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａは、完全にコリメートされた（平行な）イオンビームと不完全にコリメートされた（わずかに拡散又は収束する）イオンビームの両方に適用可能である。
【００５９】
これは、セクターフィールド分析器が或る種のキャパシタ設計（円筒、球、トロイダル等）に基づき、キャパシタの対向する電極板に印加される電圧がグラウンド電位に対して対称である点で、セクターフィールド分析器と有意に異なる。したがって、中心軌跡に沿ってセクターフィールド分析器を通過するイオンは、有意の減速及び加速を受けず、わずかに中心からずれる軌跡についてのこれらのプロセスのわずかな寄与だけを有する。そのため、飛行時間は、ほとんどまったく減速／加速に費やされず、セクターフィールド分析器によってＴＯＦ収束を駆動するのは、主に、軌跡の長さの差である。
【００６０】
また、第１及び第２の静電ミラープリズム１５０１及び１５０２等、代表的な静電ミラープリズム配置１４５、３００、４００、４０５、４１０、４１５、４３０、４４０、４５０、５００についての静電ミラープリズム１５０の各対が、図４に示すように、対称に配置され、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５のイオンの軌跡に直角でかつ第２のすなわち２次の（すなわち中間の）ＴＯＦ焦点２１０の領域に位置する対称平面３０５を有することも留意されるべきである。この対称平面３０５が第２のすなわち中間のＴＯＦ焦点２１０を精密に通過する場合、第３の出力ＴＯＦ焦点２１５の場所は、第１の入力ＴＯＦ焦点２０５の場所に対称でありかつその場所をミラーリングすることになる。対称平面３０５が第２のＴＯＦ焦点２１０からシフトされる場合、第３の出力ＴＯＦ焦点２１５は、第１の入力ＴＯＦ焦点２０５のミラー場所から相応してシフトされることになる。
【００６１】
第２の静電ミラープリズム１５０２が、第１の静電ミラープリズム１５０１に対向してこの対称平面３０５の他方の側に位置する場合、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５内の異なる運動エネルギーを有する空間分散済みの平行イオンビームは、運動エネルギーの同じ空間分散を持って第２の静電ミラープリズム１５０２に入る。イオンとこの第２の静電ミラープリズム１５０２の減速電界との相互作用によって、第２の静電ミラープリズム１５０２を通過した後に、空間分散は打ち消される。このことは、第１及び第２の静電ミラープリズム１５０１及び１５０２が、典型的な従来技術のジグザグ構成で第１のすなわち１次のイオンビーム２２０を反射するように配置又は構成されるときに生成される更なる空間分散を有して対照的に、図７に示される。
【００６２】
図７に示すように、上記で論じた対称性を使用して、第２の静電ミラープリズム１５０２Ａは、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０Ａを発生し、ここで異なる運動エネルギーを有するイオンは、もはや空間分散されず、点線を使用して示すコリメートされたビームに再結合及び／又は収束される。これが起こるために、所定の角度オフセットφは、０度より大きくかつ１８０度より小さくある（すなわち、０度＜φ＜１８０度である）べきである。所定の角度オフセットφは、実際には、９０度より大きい可能性があるが、減速電界に貫入するイオンの能力によって制限される場合があるため、達成可能な上限は、約１３５度の範囲内である可能性が高い。所定の角度オフセットφは、実際には、９０度より小さい可能性があるが、相応して減じるプリズマティック能力によって同様に制限される場合があるため、実際には、達成可能な下限は、例えば、限定することなく、約４５度の範囲内である可能性が高い。やはり、最大プリズマティック機能は、９０度で達成される。その理由は、その所定の角度オフセットφにおいて、異なる運動エネルギーを有するイオンの空間分散が最大であるからである。角度オフセットに対するいずれの参照についても、当業者は、作製公差が存在し得るため、特定の度数に対するいずれの参照も、一般に約１度〜５度の範囲内のこうした公差を意味し、それを含むと理解されることになり、例えば、９０度に対する参照が、例えば、限定することなく、９０度±５度を意味し、それを含むことになることを認識するであろうことが留意されるべきである。
【００６３】
ＴＯＦ分析器１００、１００Ａと対照的に、従来技術のジグザグ複数反射構成は、２つの対向する静電ミラーの間の中間で中心イオン軌跡上に位置する回転対称ポイント１５２を有し、第２の静電ミラープリズム１５０２Ｂの位置配置は、回転なしの第２の静電ミラープリズム１５０２Ｂの側方変位によって、又は等価的に、図７に示すように、第１の静電ミラープリズム（１５０１）をこの回転対称ポイント１５２の周りに１８０度だけ回転させることによって得られる可能性がある。この場合、第２の静電ミラープリズム１５０２Ｂは、拡散する第３のすなわち３次のイオンビーム２３０Ｂを発生し、この第３のすなわち３次のイオンビーム２３０Ｂは、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５と比較して、異なる運動エネルギーを有する更に大きい増幅されたイオンの空間分散を有する。ジグザグ構成のこの増幅されたイオンの空間分散によって、第３のすなわち出力ＴＯＦ焦点が全く存在せず、また、無収差イメージングが可能でない。そのため、「ジグザグ（zig-zag）」構成の回転対称を、ＴＯＦ質量分析器１００の構成の平面対称で置換することにより、ＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａの基本的な利点のうちの１つの利点、すなわち、異なる運動エネルギーを有する空間分散ビームの再結合であって、空間情報を保存しながら、新しい（第３のすなわち出力）ＴＯＦ焦点２１５に入る全てのエネルギーのイオンを含む単一イオンビームになる、空間分散ビームの再結合をもたらす。
【００６４】
代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、第１及び第２の静電ミラープリズム１５０１、１５０２の、それぞれ、更なる対称の代表的な第２、第３、及び第４の静電ミラープリズム配置４０５、４１０、４４０は、図９〜図１１において例として示され、図９〜図１１は、再結合済みの及び／又は収束性の第３のすなわち３次のイオンビーム２３０を発生するために、図９において円筒状を、そして、図１０及び図１１において台形状を有する代表的な静電ミラープリズム１５０の対応する角度オフセットφがある状態での、代表的な第１のすなわち１次イオンビーム２２０、代表的な空間分散済みの第２のすなわち２次イオンビーム２２５を示す断面概略平面図である。
【００６５】
図９、図１０、図１１、図２１、図２２Ａ、図２２Ｂ、及び図２２Ｃが、ＳＩＭＩＯＮ８．１イオン光学系モデリングソフトウェアとして知られる、質量分析法開発者用の業界標準ソフトウェアを使用して得られたイオンビーム軌跡（レイトレーシング）を含むことが留意されるべきである。
【００６６】
代表的な「蝶ネクタイ（bow-tie）」の第２の静電ミラープリズム配置４０５は、比較的小さな所定の角度オフセットφ（比較的最小のプリズマティック機能を提供する）で図９に示され、一方、図１０及び図１１は、より大きな所定の角度オフセットφを示し、図１０は、代表的な第３の静電ミラープリズム配置４１０について９０度より小さい（例えば、約８０度）角度オフセットφを示し、図１１は、代表的な第４の静電ミラープリズム配置４４０について９０度より大きい（すなわち、９０度＜φ＜１８０度）（例えば、約１００度）角度オフセットφを示す。所定の角度オフセットφ、又は等価的に、各ミラーについての入力の（第１の）イオンビーム２２０と出力の（第３の）イオンビーム２３０との間の角度を変更することは、「蝶ネクタイ」を広げ、９０度を経て完全にほどくことをもたらし得る。これらの構成のうちの任意の構成は、静電ミラープリズムのプリズマティック機能が最大であるとき、上記で論じた９０度の角度オフセットφに加えて、ＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａにおいて等価的に利用することができる。図９の「蝶ネクタイ」構成が、リフレクトロン等の最もよく知られている静電ミラー設計によって動作することができ、したがって、「ジグザグ」に対する代替法として、リフレクトロンの複数反射配置として役立つ可能性があることが重要である。「ジグザグ」に勝る「蝶ネクタイ」の基本的な利点は、第１の反射後に空間分散した異なる運動エネルギーを有するビームを再結合して、第２の反射後に新しい（第３のすなわち出力）ＴＯＦ焦点２１５に入る全てのエネルギーのイオンを含む単一イオンビームにする能力である。
【００６７】
また、図９〜図１１は、上記で論じた４５度の角度に加えて、示した所定の角度オフセットφと（電界に応じて）相関する場合がある、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態内の種々のイオンビームの入射及び反射の更なる利用可能な角度（前電極表面に対する垂線から測定される）も示す。換言すれば、到来する第１のすなわち１次のイオンビーム２２０の選択される入射角度及び第１の静電ミラープリズム１５０１内の電界に応じて、第２の静電ミラープリズム１５０２は、反射される第２のすなわち２次の（すなわち中間の）イオンビーム２２５を受信するために、対応する所定の角度オフセットφで配置又は位置決めされる必要があることになる。
【００６８】
これらの角度を増加させることは、その反射／減速機能を保存しながら、静電ミラープリズム１５０の電極上でより低い電位を使用することを可能にする。こうした角度が９０度に近づくため、静電ミラープリズム１５０の形状を、深い円筒（その高さは直径より大きい、図９）からより浅い円筒（その直径は高さより大きい、図１３）に変更すること、又は代替的に、静電ミラープリズム１５０の前断面（すなわち、その電極に平行な平面）を伸張し、その形状を丸形から卵形／楕円形又は長方形（例えば、図１０、図１１、図１２、図１４〜図１８）に変更することがより好都合である場合がある。重要なことには、これらの所定のオフセット角度φを増加させることは、空間分散済みの第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を再結合して単一出力の第３のすなわち３次のイオンビーム２３０にする効果を取り除かない。第２のすなわち２次のイオンビーム２２５内の異なる運動エネルギーを有するイオンの空間分散は、ほぼ９０度の角度で最大化され、静電ミラープリズム１５０のエネルギー分散（プリズマティック）機能は、同様にこうした角度で最大化される。また、静電ミラープリズム１５０の対についてのこれらの対称構成は、以下でより詳細に論じるように、ＴＯＦ収束及びエネルギーフィルタリングと組み合わせて無修正側方イメージングを可能にする。
【００６９】
「蝶ネクタイ」複数反射構成において、リフレクトロンのプリズマティック特性は、入口／出口角度が小さいため最小である。その運動エネルギーの広がりによるイオンの空間分散が依然として存在するが、空間分散は、たった１回の反射が起こる場合、比較的わずかであり、複数回の反射によって「増幅」される。
【００７０】
種々の構造及び構成が、同様に、静電ミラープリズム１５０について利用可能であり、あらゆる全てのこうした変形は本開示の範囲内にある。例えば、限定することなく、静電ミラープリズム１５０は、任意の数及び配置の電極を有することができ、格子電極を有することができ、固体又は平面電極を有することができ、そして、電極内に種々のスリット又は開口を有することができる。さらに、静電ミラープリズム１５０は、減速電界の所望の構成を達成するために、任意の対応する構造を有することができる。図１２は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、第１及び第２の格子電極１６５、１６０及び固体平面の第３のすなわち後の電極１５５を有する長方形（又は長方形ボックス）静電ミラープリズム１５０の、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第１の実施形態を示す等角図である。図１３は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、第１の格子電極１６５Ａ（第２の電極１６０はこの図では別個に示されない）及び固体平面の第３のすなわち後の電極１５５Ａを同様に有する円筒静電ミラープリズム１５０Ａの、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第２の実施形態を示す等角図である。図１２及び図１３に示すように、各格子電極１６５Ａ、１６５Ｂは、所望の電界を提供するために、対応する印加電圧を有する、一連の、離間し、平行で、比較的薄いワイヤ又は導体を通常備え、一方、種々のイオンが、格子電極を通過し、静電ミラープリズム１５０に深く入ることを同様に可能にする。
【００７１】
図１４は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、第１の格子電極１６５Ｂ（第２の電極１６０はこの図では別個に示されない）及び固体平面の第３のすなわち後の電極１５５Ｂを同様に有する台形静電ミラープリズム１５０Ｂの、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第３の実施形態を示す等角図である。図１５は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、格子なし長方形静電ミラープリズム１５０Ｃの、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第４の実施形態を示す等角図である。図１６は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、格子なし台形静電ミラープリズム１５０Ｄの、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第５の実施形態を示す等角図である。
【００７２】
図１７は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、格子なし長方形静電ミラープリズム１５０Ｃの、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第４の実施形態を示す等角断面図である。図１８は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置について、格子なし台形静電ミラープリズム１５０Ｄの、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な第５の実施形態を示す等角断面図である。図１７及び図１８に示すように、静電ミラープリズム１５０Ｃ及び１５０Ｄ等の静電ミラープリズム１５０の格子なし構成について、各電極３１０（後電極１５５を除く）は、所望の電界を提供するために、対応する印加電圧を同様に有する、中心に位置する開口又はスリット３１２を有する平面導体を通常備え、一方、種々のイオンが、電極３１０の開口又はスリット３１２を通過し、静電ミラープリズム１５０Ｃ及び／又は１５０Ｄに深く入ることを同様に可能にする。
【００７３】
図１９は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、種々の静電ミラープリズム配置のうちの任意の静電ミラープリズム配置で使用するための、また、図２７及び図２８を参照して以下で示し論じる第８及び第９の静電ミラープリズム配置に特に適する静電ミラープリズム１５０Ｅの代表的な第６の実施形態を示す断面図である。静電ミラープリズム１５０Ｅは、第３の後電極１５５Ｅがイオン透過性である限りにおいて静電ミラープリズム１５０と異なる。すなわち、静電ミラープリズム１５０Ｅは、第３の後電極１５５Ｅ内にスリット又は開口３１５を有し、スリット又は開口３１５によって、静電ミラープリズム１５０Ｅがオフでありその電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされていないときに、イオンビーム（例えば、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５又は第３のすなわち３次のイオンビーム２３０）が、有意の乱れなしで静電ミラープリズム１５０Ｅを通過することが可能になる。
【００７４】
図２０は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、種々の静電ミラープリズム配置のうちの任意の静電ミラープリズム配置で使用するための、また、図２７及び図２８を参照して以下で示し論じる第８及び第９の静電ミラープリズム配置に特に適する静電ミラープリズム１５０Ｆの代表的な第７の実施形態を示す断面図である。静電ミラープリズム１５０Ｆは、第３の後電極１５５Ｆがイオン透過性である限りにおいて静電ミラープリズム１５０と異なる。すなわち、静電ミラープリズム１５０Ｆは、第３の後電極１５５Ｆの格子構成を有し、格子構成は、静電ミラープリズム１５０Ｆがオフであり、イオンを偏向させるために静電バイアスされていないときに、イオンビーム（例えば、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５又は第３のすなわち３次のイオンビーム２３０）が、有意の乱れなしで静電ミラープリズム１５０Ｆを通過することを同様に可能にする。
【００７５】
さらに、静電ミラープリズム１５０Ｃ及び静電ミラープリズム１５０Ｄ等の格子なし実施形態のうちの任意の実施形態は、同様に、格子電極又は開口３１５を有する固体電極等の後イオン透過性電極を有するこれらの配置を使用することができる。
【００７６】
これらの静電ミラープリズム１５０の寸法が、プリズムを分離する距離「Ｄ」とプリズムが反射するイオンの運動エネルギーの両方に依存することが同様に留意されるべきである。
【００７７】
図２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、及び２２Ｄは、代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態について、静電ミラープリズム１５０を使用し、また、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５を有する代表的な無収差イメージングを示す図であり、新規のイメージング複数反射ＴＯＦ−ＭＳ分析器１００、１００Ａを形成し、図２２Ｂは、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５からの六角形ハニカムパターンのイオンイメージを示し、図２２Ｃは、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点２１５内に形成された同じハニカムパターンのイメージを示す。上述したように、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０として第１の静電ミラープリズム１５０１に入る、異なる運動エネルギーを有するイオンのコリメートされたビームは、第１の静電ミラープリズム１５０１を出て、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５内で異なる運動エネルギーを有するイオンの平行ビームのセットに分散又は分割される。この第２のすなわち２次のイオンビーム２２５が、第２の静電ミラープリズム１５０２内に方向付けられ、第２の静電ミラープリズム１５０２の位置及び配向が、代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５等において、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点（又は平面）２１０にわたって第１の静電ミラープリズム１５０１のミラー反射として配置されると、イオンは、単一のコリメート済みの第３のすなわち３次のイオンビーム２３０として第２の静電ミラープリズム１５０２を出ることができる。この第３のすなわち３次のイオンビーム２３０は、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５と第１の静電ミラープリズム１５０１への入口との間の距離と同じ、第２の静電ミラープリズム１５０２の出口からの距離に位置する第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５を形成することができる。さらに、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５内で、この第３のすなわち３次のイオンビーム２３０は、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０又は対称平面３０５に対して互いに対向して指示される矢印２１３、２１４によって図２２Ｄに示すように、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５の反転イオンイメージ（第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０に対して対称に反転される又はひっくり返される図２２Ｂ及び図２２Ｃの場合の六角形ハニカムパターン）の構造を有することができる。
【００７８】
初期（入力）ＴＯＦ焦点（又は焦点面）２０５を第３のすなわち３次の（出力）ＴＯＦ焦点（又は焦点面）２１５上にイメージする代表的な第１の静電ミラープリズム配置１４５の能力により、第１の静電ミラープリズム配置１４５を、複数パス（マルチ「リコチェット」）の原理に基づく超高質量分解能及び精度を有する、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態についての無収差イメージングの組立てのための優れた「ビルディングブロック（building block）」とすることができる。そのため、静電ミラープリズム１５０の複数の対は、全ての直前の対の静電ミラープリズム１５０の出力ＴＯＦ焦点が全ての次の対の静電ミラープリズム１５０の入力ＴＯＦ焦点として役立つ上記で論じた結合式出力−入力焦点としてのこれらの入力及び出力ＴＯＦ焦点２０５、２１５を介してインターフェースされ、したがって、カスケード配置を生成することができ、幾つかの例が以下でより詳細に論じられる。こうしたインターフェースする（結合式出力−入力の）ＴＯＦ焦点面上のイオンイメージをその中心の周りで回転させることが、ＴＯＦ収束に実際に影響を及ぼし、考慮され得るため、カスケード式対の静電ミラープリズム１５０の相互配向は柔軟性があり得る。例えば、限定することなく、巻かれた、積重ねられた、又は他の２次元及び３次元の空間節約的幾何形状が使用されて、静電ミラープリズム１５０の対をカスケード接続し、多数のパスを達成し、飛行時間「Ｔ」を増加させ、質量分解能「Ｔ／ΔＴ」を改善することができる。代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態は、同様に、図１に例示される配置等の直交加速ＴＯＦ−ＭＳ配置に適合することができる。
【００７９】
図２３は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、第１のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズム１５０Ｄを有する代表的な第５の静電ミラープリズム配置３００を示す等角図である。図２４は、図２３の代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、第１のカスケード式配置又は構成を有する代表的な静電ミラープリズム１５０Ｄを有する代表的な第５の静電ミラープリズム配置３００を示す断面図である。上記で述べたように、静電ミラープリズム１５０は、２つの静電ミラープリズム１５０の群で対毎に配置される。図２３及び図２４に示すように、６つの静電ミラープリズム１５０Ｄが、カスケード接続されており、すなわち、直列に配置されており、第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ１は第２の静電ミラープリズム１５０Ｄ２と対形成され、第３の静電ミラープリズム１５０Ｄ３は第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４と対形成され、第５の第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ５は第６の静電ミラープリズム１５０Ｄ６と対形成される。静電ミラープリズム１５０の１つの対の出力ＴＯＦ焦点は、結合式出力−入力焦点として静電ミラープリズム１５０の次の対の入力ＴＯＦ焦点になる。図１２〜図２０に示す、静電ミラープリズム配置及び／又は静電ミラープリズムの任意のプリズムを有するＴＯＦ分析器１００、１００Ａを有する全てのシステム２００、２００Ａの実施形態が、このカスケード式配置並びに図２５及び図２６において以下で示す配置に適合することを認識することが重要である。図２３及び図２４に示すように、７つのＴＯＦ焦点２０５、２１０、２１５、３２０、３２５、３３０、及び３３５、並びに、７つのイオンビーム２２０、２２５、２３０、３４０、３４５、３５０、及び３５５が存在し、その中で、２２５、３４０、及び３５０は、静電ミラープリズム配置のプリズマティック特性によって空間内で分散するイオンを有し、図５Ｂに示すビーム断面を有する。
【００８０】
この代表的な第５の静電ミラープリズム配置３００は、格子なし静電ミラープリズム１５０Ｄの３つの対を使用する複数反射（カスケード）静電ミラープリズム１５０ＴＯＦ−ＭＳ設計の例である。静電ミラープリズム１５０の３つの対全てが、同じ「エネルギー分散平面」内に存在し、上記で述べた７つのＴＯＦ焦点が存在する。７つのＴＯＦ焦点とは、（パルス化イオン源１０５又は介在する構成要素からの）入力焦点２０５、異なるエネルギーの空間分散されるイオン用の３つの「中間」焦点２１０、３２０、３３０、静電ミラープリズム１５０の対又はセット（示すように、第１の対及び第２の対、並びに、第２の対及び第３の対）の間でインターフェースするための２つの結合式出力−入力焦点２１５、３２５、及びイオン検出器１２０が設置され得る最後の出力焦点３３５である。
【００８１】
図２３及び図２４に示すように、静電ミラープリズム１５０Ｄの第１の対について、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０（第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５を有する）は、第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ１に入力され、第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ１は、第２のすなわち中間の（すなわち、空間分散済みの）イオンビーム２２５（第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０を有する）を、第２の静電ミラープリズム１５０Ｄ２に対して発生し、第２の静電ミラープリズム１５０Ｄ２は、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０（結合式出力−入力焦点として、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５を有する）を発生する。静電ミラープリズム１５０Ｄの第２の対について、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０は、第３の静電ミラープリズム１５０Ｄ３に入力され、第３の静電ミラープリズム１５０Ｄ３は、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４に提供される次の中間の（すなわち、空間分散済みの）イオンビーム３４０（中間ＴＯＦ焦点３２０を有する）を発生し、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４は、別のイオンビーム３４５（別の結合式出力−入力焦点として、ＴＯＦ焦点面３２５を有する）を発生し、別のイオンビーム３４５は、次に、静電ミラープリズム１５０Ｄの第３の対に提供され、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５に入力され、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５は、第６の静電ミラープリズム１５０Ｄ６に提供される次の中間の（すなわち、空間分散済みの）イオンビーム３５０（中間ＴＯＦ焦点３３０を有する）を発生し、第６の静電ミラープリズム１５０Ｄ６は、別の出力イオンビーム３５５（出力ＴＯＦ焦点面３３５を有する）を発生する。上述したように、イオン検出器１２０は、通常、この出力ＴＯＦ焦点面３３５に位置決めされ、代表的な静電ミラープリズム配置３００とともに、別の代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態を形成する。この直列カスケード式配置によって、飛行時間「Ｔ」は３倍増加しており、一方、最大の半分における質量スペクトルの幅「ΔＴ」は、複数のＴＯＦ収束事象によってほとんど変化しておらず、したがって、質量分解能をかなり増加させる。さらに、異なるエネルギーの空間分散済みのイオンについて３つの中間焦点２１０、３２０、３３０のうちの任意の又は全ての焦点における上述したバンドパスエネルギーフィルタリングの実装は、「ΔＴ」を更に狭くし、質量分解能を更に改善することになる。
【００８２】
図２５は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、第２のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズム１５０Ｄを有する代表的な第６の静電ミラープリズム配置４００を示す等角図である。上記で述べたように、静電ミラープリズム１５０は、２つの静電ミラープリズム１５０の群で対毎に配置される。図２５に示すように、１０の静電ミラープリズム１５０Ｄ１〜１５０Ｄ１０が、対でカスケード接続されており、すなわち、直列に配置されており、静電ミラープリズム１５０Ｄの１つの対の出力ＴＯＦ焦点は静電ミラープリズム１５０Ｄの次の対の入力ＴＯＦ焦点である。更なる静電ミラープリズム１５０Ｄを有することに加えて、代表的な静電ミラープリズム配置４００を形成するこの第２のカスケード式配置又は構成は、代表的な静電ミラープリズム配置４００が、非平面であり（すなわち、「エネルギー分散平面」とも呼ばれる、示すｘ−ｙ平面に制限されない）、示すように、ｚ軸に沿って第３の次元に延在する限りにおいて、第１のカスケード式配置又は構成４０５（代表的な静電ミラープリズム配置３００）と異なる。同様に示すように、１１のＴＯＦ焦点２０５、２１０、２１５、３２０、３２５、３３０、３３５、３６０、３６５、３７０、及び３７５並びに、１１のイオンビーム２２０、２２５、２３０、３４０、３４５、３５０、３５５、３８０、３８５、３９０、及び３９５が存在し、その中で、イオンビーム２２５、３４０、３５０、３８０、及び３９０は、静電ミラープリズム配置のプリズマティック特性によって空間内で分散するイオンを有する２次のすなわち中間のイオンビームであり、図５Ｂに示すビーム断面を有する。上述したように、イオン検出器１２０は、通常、この最後の出力ＴＯＦ焦点面３７５に位置決めされ、代表的な静電ミラープリズム配置４００とともに、別の代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態を形成する。この直列カスケード配置によって、飛行時間「Ｔ」は５倍増加しており、一方、最大の半分における質量スペクトルの幅「ΔＴ」は、複数のＴＯＦ収束事象によってほとんど変化しておらず、したがって、質量分解能をかなり増加させる。さらに、異なるエネルギーの空間分散済みのイオンについて５つの中間焦点２１０、３２０、３３０、３６０、３７０のうちの任意の又は全ての焦点における上述したバンドパスエネルギーフィルタリングの実装は、「ΔＴ」を更に狭くし、質量分解能を更に改善することになる。
【００８３】
図２３〜図２６に示すカスケード式配置３００、４００、及び４１５について、複数のＴＯＦ焦点におけるバンドパスエネルギーフィルタリングの実装が、意図されるエネルギーパスバンドの外のエネルギーの減衰をかなり改善することになり、それが、有意に抑制された「尾部」を有する質量スペクトルピークの改善された形状をもたらすことになることを認識することが重要である。
【００８４】
この代表的な静電ミラープリズム配置４００は、３次元であり、それにより、エネルギー分散平面の９０度の４つの回転が、静電ミラープリズム１５０Ｄの対（第１の対及び第２の対、第２の対及び第３の対、第３の対及び第４の対、並びに第４の対及び第５の対）が順次インターフェースされる４つの中間出力−入力焦点２１５、３２５、３３５、３６５において起こる。これらの中間出力−入力焦点２１５、３２５、３３５、３６５を通して横断又は飛行するため、異なるエネルギーのイオンが再結合して単一ビームになっているため、これらの焦点における回転が可能であることを認識することが重要である。上述したように、１１のＴＯＦ焦点が存在する。１１のＴＯＦ焦点とは、（パルス化イオン源１０５又は介在する構成要素からの）入力焦点２０５、バンドパスフィルター１４０エネルギー制御スリット（複数の場合もある）２５５が運動エネルギーフィルタリングのために位置決めされ得る、異なるエネルギーの空間分散されるイオン用の５つの中間焦点２１０、３２０、３３０、３６０、３７０、４つの結合式出力−入力焦点２１５、３２５、３３５、３６５、及びＴＯＦイオン検出器１２０が設置され得る出力ＴＯＦ焦点３７５である。
【００８５】
図２６は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、第３のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズム１５０Ｄを有する代表的な第７の静電ミラープリズム配置４１５を示す等角図である。代表的な静電ミラープリズム配置４１５を形成するこの第３のカスケード式配置又は構成は、代表的な静電ミラープリズム配置４１５がよりコンパクトである限りにおいて、代表的な静電ミラープリズム配置４００と異なる。この代表的な静電ミラープリズム配置４１５は、代表的な静電ミラープリズム配置４００に対する折畳み式３次元等価物であり、エネルギー分散平面の４つの９０度回転の代わりに、１０度だけの４つの回転が存在するという主要な差を有する。
【００８６】
一般に、図２５に示す静電ミラープリズム配置４００の他の折畳み式３次元等価物は、これらの回転角度を変更することによって得ることができる。これらの角度の範囲は、機械設計制約によって制限され、一般に、１０度（図２６の配置４１５について示す）と１８０度（図２３〜図２４の配置３００について示す）との間で選択することができる。
【００８７】
図２７Ａ、図２７Ｂ、図２７Ｃ、及び図２７Ｄ（総称して、「図２７」と呼ぶ）は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、リフレクトロン型設計４２０、４２５の更なる第１及び第２の静電ミラー１５０（「リフレクトロン」と呼ぶ）を有する、代表的な静電ミラープリズム１５０Ｆを有する代表的な第８の静電ミラープリズム配置４３０を示す等角図である。静電ミラープリズム１５０Ｅを、同様に、静電ミラープリズム１５０Ｆに代わり、この代表的な静電ミラープリズム配置４３０のために等価的に利用することができる。その理由は、静電ミラープリズム１５０Ｅ及び１５０Ｆがともに、図１９及び図２０に示すように、イオン透過性後電極設計を特徴とするからである。上述したように、静電ミラープリズム１５０Ｆが第３の後電極１５５Ｆの格子構成を有し、格子構成によって、静電ミラープリズム１５０Ｆがオフでありその電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされていないときに、イオンビーム（例えば、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５又は第３のすなわち３次のイオンビーム２３０）が、有意の乱れなしで静電ミラープリズム１５０Ｆを通過することが同様に可能になる限りにおいて、静電ミラープリズム１５０Ｆは他の静電ミラープリズムと異なる。この実施形態について、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２（並びに場合によっては第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５）のオン状態及びオフ状態は、プロセッサ１３０によって及び／又はより一般的にコンピューティングデバイス１３２によって制御し、それにより、これらのデバイスによる電界の発生、また相応して、任意の減速電界が発生されるかどうかを制御することができる。リフレクトロン４２０、４２５について、オフ状態は必要とされず、リフレクトロン４２０、４２５が静電ミラープリズム１５０Ｆ（ＲＡＩＭＰ）の外にあり、したがって、イオンが、その主要な動作モードで静電ミラープリズム１５０Ｆを通過するときにイオンの軌跡に影響を及ぼさないため、リフレクトロン４２０、４２５は、常にオンであるものとすることができることが留意されるべきである。
【００８８】
図２７に示す第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５のそれぞれは、例えば、限定することなく、静電ミラープリズム１５０又は静電ミラープリズム１５０Ａ等の或る型の静電ミラープリズム１５０として実装することができる。この実施形態について、静電ミラープリズム１５０、１５０Ａは、示すように、比較的増加した深さを有するように構成され、深さは、前電極１６５、１６５Ａから後電極１５５、１５５Ａへの方向又は配向にあり、また更に、静電ミラープリズム１５０、１５０Ａの中心軸４２７（すなわち、中心及び深さに沿う垂線）は、図２７Ａ及び２７Ｃに示す到来イオンビームと同一広がりを持ちかつ同一配列になるように配向及び配置される（すなわち、イオンビームは、上記で規定したように、ゼロ又は無視できる入射角度を有するべきである）。結果として、リフレクトロン４２０、４２５を形成する静電ミラープリズム１５０、１５０Ａによって減速電界が発生した状態で、到来イオンビームは、リフレクトロン４２０、４２５に入り、そのイオンは、完全に停止するまで減速し、それに続いて、反対方向（到来ビームから１８０度）に加速され、静電ミラープリズム１５０、１５０Ａから出て、出力イオンビームは、存在する場合、到来イオンビームと同じ運動エネルギー分散を有する。
【００８９】
この代表的な静電ミラープリズム配置４３０を有する代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態は、幾つかの異なる動作モードを有する。異なる動作モードとは、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２だけを利用する第１の動作モード、及び、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２がともにオフ状態にある状態で第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５の両方を使用する第２の「シャトル（shuttle）」動作モードである。これらの種々の動作モードについて、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２は、プロセッサ１３０の制御下にある遠隔制御式スイッチングシステム（別個に示さず）を一般に通して、オン及びオフされる。
【００９０】
代表的な静電ミラープリズム配置４３０は、上記で論じた代表的な静電ミラープリズム配置１４５のため等で、９０度の角度オフセットを有する２つの静電ミラープリズム１５０Ｆの対を備える。したがって、第１の動作モードについて、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１は、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５を有する第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム２２０を受信することになり、そして、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１がオンであり、その電極がイオンを偏向させるために（すなわち、電界を発生することによって）静電バイアスされているときに、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０を有する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を発生することになる。次に、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、上記で論じたように及び図２７Ａに示すように、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２に提供され、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２は、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２がオンであり、その電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされているときに、イオン検出器１２０が位置決めされる第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５を有する第３のすなわち３次のイオンビーム２３０を発生することになる。「サーベイモード（survey mode）」とも呼ばれ得るこの動作モードにおいて、静電ミラープリズム配置４３０は、中程度の分解能でかつイオン質量の検出範囲に対する制限なしのＴＯＦ−ＭＳ測定のために使用され得る。
【００９１】
さらに、この代表的な静電ミラープリズム配置４３０について、更なる第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５は、２つの静電ミラープリズム１５０Ｆに関して直線的に、すなわち、第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５について、同様に結合式出力−入力焦点である同じ中間ＴＯＦ焦点２１０を有する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５と一直線に配置される。したがって、第２の動作モードについて、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１は、同様に、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５を有する第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム２２０を受信することになり、そして、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１がオンであり、その電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされているときに、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０を有する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を発生することになる。これは、第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム２２０が、この第２の動作モードのための第２のすなわち２次のイオンビーム２２５を生成するために「注入（inject）」され使用されることを可能にする。同様にこの第２の動作モードについて、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２は、このときにオフされる。結果として、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２は、電界を発生しておらず（すなわち、オンでなく、その電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされていない）、また、イオン透過性になっているため、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、図２７Ｂに示すように、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２を通って第２のリフレクトロン４２５内に（実質的に乱されずに）通過することになる。第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１のプリズマティック機能によって、これらのイオンが、上記で論じたように、エネルギー分散平面内で分離されて、異なるエネルギーを有するイオンの平行ビームになることが留意されるべきである。これらのイオンは、その減速電界に直交して第２のリフレクトロン４２５に入るため、イオンがそこからやって来る同じ方向に戻るように反射される。第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２がオフであるため、イオンは、影響を受けることなく、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２を通って真っ直ぐ飛行し、第２のすなわち２次の（中間）ＴＯＦ焦点２１０に達する。
【００９２】
その後、この第２の動作モードにおいて、第２のリフレクトロン４２５がオンであり、その電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされているときで、かつ、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２が電界を発生していない（すなわち、両方がオフであり、それらの電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされていない）とき、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、図２７Ｃに示すように、第２のリフレクトロン４２５によって反射され、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２及び第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１の両方を通って第１のリフレクトロン４２０まで（実質的に乱されずに）通過する。第１のリフレクトロン４２０が同様にオンであり、その電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされているときで、かつ、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２が、オフであり続け、電界を発生しておらず（すなわち、両方がオフであり、それらの電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされておらず）、したがって、イオン透過性状態に留まるとき、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、同様に図２７Ｃに示すように、第１のリフレクトロン４２０によって戻るように反射され、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２の両方を通って第２のリフレクトロン４２５まで（実質的に乱されずに）通過する。この第２の動作モードにおいて、第１のリフレクトロン４２０及び第２のリフレクトロン４２５の両方がオンであり、電界を発生する状態で、かつ、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２の両方が、オフであり続け、電界を発生しない状態で、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５は、以下で述べるように、プロセッサ１３０によって及び／又はコンピューティングデバイス１３２によって制御される吐出まで、第１のリフレクトロン４２０と第２のリフレクトロン４２５との間で、シャトル型運動で前後に反射され続けることになる。
【００９３】
高質量分解能で検査される関心の質量範囲の最も軽いイオンが、第２のリフレクトロン４２５から戻る途中で第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０を通過するときに、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１の電極上の電位はオフされる（グラウンド電位になる）。これらのイオンは、その後、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１を通って真っ直ぐに飛行し、（同様に、その減速電界に直交して）第１のリフレクトロン４２０に入って、結合式出力−入力焦点としての、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０に向かって真っすぐに戻るように反射される。この場合、第１のリフレクトロン４２０と第２のリフレクトロン４２５との間の連続かつ交互の前後の反射のプロセス（シャトル運動）は、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２が再びオンにスイッチングされるまで継続することができる。このスイッチングは、高質量分解能で検査される関心の質量範囲の最も軽いイオンが、第１のリフレクトロン４２０から戻る途中で第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０を通過するときに行われる。各反射において、イオンは第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０を通過し、その「ΔＴ」は、「Ｔ」（総飛行時間）が増加し続ける間に小さくなり、場合によっては、１０００００を超える質量分解能を提供する。
【００９４】
この代表的な静電ミラープリズム配置４３０において、したがって、第２の動作モードにおいて、飛行時間「Ｔ」は、ユーザーの選好又は選択に基づいて変更及び制御することができ、一方、最大の半分における質量スペクトルの幅「ΔＴ」は、（複数のＴＯＦ収束事象によって）小さく維持され、第１のリフレクトロン４２０と第２のリフレクトロン４２５との間の前後の反射は、反射イオンが、一般にプロセッサ１３０及び／又はコンピューティングデバイス１３２によって制御されるように、図２７Ｄに示すように、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０内で「吐出される（ejected）」状態で終了するまで継続する。ユーザー選択済み飛行時間「Ｔ」が、プロセッサ１３０及び／又はコンピューティングデバイス１３２の制御下で経過すると、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５が、第１のリフレクトロン４２０からの反射に続いて第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２に提供されるため、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２を通過する代わりに、第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２はオンされ、その電極は、イオンを偏向させるために静電バイアスされ、それが、上記で論じたように及び図２７Ｄに示すように、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５を有する第３のすなわち３次のイオンビーム２３０を発生させ、同時に、異なるエネルギーを有する側方に分散したイオンビームを再結合して、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５に位置決めされるイオン検出器１２０が検出するための単一イオンビームにする（すなわち、色収差を打ち消す）。
【００９５】
第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５の寸法並びに前後反射の数は、この代表的な静電ミラープリズム配置４３０において、関心の質量範囲の幅を規定することになる。第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５用の入力イオンパッケージは、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５（最も重い質量）と第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０（最も軽い質量）との間の最初の反射の前に位置する質量によって形成されることになる。このイオンパッケージは、反射の数が増加すると幅広化する。出力イオンパッケージは、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０（最も軽い質量）と第１のリフレクトロン４２０の後板（最も重い質量）との間の最後の反射の後に位置する質量によって形成されることになる。そのため、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２がオン及びオフされる瞬間を選択することは、超高質量分解能で検査される関心の質量範囲を決定又は規定することになる。
【００９６】
代表的な静電ミラープリズム配置４３０の１つの顕著な特徴は、静電ミラープリズム１５０Ｆ１、１５０Ｆ２及びリフレクトロン４２０、４２５が同じＴＯＦ焦点２１０を共有するため、イオンが、第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５の間に位置する第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１及び第２の静電ミラープリズム１５０Ｆ２を介して第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５の対の内部に注入され、内部から吐出され、一方、シャトル型複数反射イオン運動を有する同軸リフレクトロン対を述べる従来技術において、イオンの注入が、リフレクトロンの一方の後電極を通して行われることである。別の顕著な特徴は、第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５の間で前後に移動する第２のすなわち２次のイオンビーム２２５が、第１の静電ミラープリズム１５０Ｆ１のプリズマティック特性に起因して、異なる運動エネルギーを有するイオンの平行ビームになるよう空間分散することである。これは、第２のすなわち２次のＴＯＦ焦点２１０にエネルギー制御スリット２５５を有するエネルギーバンドパスフィルター１４０の設置を更に可能にするため、望ましくないエネルギーを有するイオンを、複数回、カットオフして、ＴＯＦ質量スペクトルピークの「尾部」を抑制し、低エネルギーフラグメントイオンをフィルタリング除去することができる。イオンがそのシャトル運動中に多数回そこを通過する単一ＴＯＦ焦点２１０にバンドパスエネルギーフィルタリングを実装することが、意図されるパスバンドの外のエネルギーの減衰を有意に改善することになり、それが、「尾部」が劇的に抑制された質量スペクトルピークの形状の改善をもたらし、したがって、静電ミラープリズム配置４３０の有効質量分解能を更に改善することになることに留意することが重要である。
【００９７】
そのため、代表的な静電ミラープリズム配置４３０を有するＴＯＦ質量分析器１１０及びシステム２００の実施形態は、新規でかつ非自明の特徴であるバンドパスエネルギーフィルタリングを有するエネルギー等時性マルチパスＴＯＦ  ＭＳを備える。
【００９８】
さらに、この代表的な静電ミラープリズム配置４３０について、大きな直径を有する同軸円筒リフレクトロンを使用することに加えて又はそれに対して代替的に、楕円又は長方形断面を有する第１及び第２のリフレクトロン４２０、４２５を利用して、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５等の、空間分散済みのシート状のイオンビームをよりよく収容することができる。
【００９９】
図２８Ａ、図２８Ｂ、図２８Ｃ、及び図２８Ｄ（総称して「図２８」と呼ぶ）は、第１の静電ミラープリズム１５０１、第２の静電ミラープリズム１５０２、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５、及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６を利用する、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、第４のカスケード式配置又は構成で代表的な静電ミラープリズム１５０、１５０Ｄ、及び１５０Ｆを有する代表的な第９の静電ミラープリズム配置４５０を示す等角図である。静電ミラープリズム１５０Ｅを、同様に、静電ミラープリズム１５０Ｆに代わり、この代表的な静電ミラープリズム配置４５０のために等価的に利用することができる。その理由は、静電ミラープリズム１５０Ｅ及び１５０Ｆがともに、上記で述べたように、図１９及び図２０に示すイオン透過性後電極設計、並びに、格子又は開口３１５を有する固体板を実装することによってその後電極がイオン透過性になるよう修正される場合の、１５０Ｃ及び１５０Ｄ等の格子なし静電ミラープリズムの実施形態を特徴とするからである。上述したように、静電ミラープリズム１５０Ｆが第３の後電極１５５Ｆの格子付き構成を有し（すなわち、イオン透過性であり）、格子付き構成によって、静電ミラープリズム１５０Ｆがオフでありその電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされていないときに、イオンビームが、有意の乱れなしで静電ミラープリズム１５０Ｆを通過することが同様に可能になる限りにおいて、静電ミラープリズム１５０Ｆは静電ミラープリズム１５０と異なる。この実施形態について、静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び１５０Ｆ６のオン状態及びオフ状態は、プロセッサ１３０によって及び／又はより一般的にコンピューティングデバイス１３２によって制御し、それにより、これらのデバイスによる電界の発生、また相応して、任意の減速電界が発生されるかどうかを同様に制御することができる。この実施形態について、第１の静電ミラープリズム１５０１、第２の静電ミラープリズム１５０２、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、及び第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５の状態が常にオンであるものとすることができることが同様に留意されるべきである。
【０１００】
この代表的な静電ミラープリズム配置４５０を有する代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態は、幾つかの異なる動作モードを有する。異なる動作モードとは、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２だけを利用する第１の動作モード、及び、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５、及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６の４つ全てを使用し、その後同様に、イオン注入のために、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２の両方を使用する第２の「リング」動作モードである。他の型の静電ミラープリズム１５０が、図２８に示すこれらの種々の静電ミラープリズム１５０に等価的に代わることができることが同様に留意されるべきである。ただし、静電ミラープリズムが全て、格子付き設計及び格子なし設計であり得るが、静電ミラープリズム１５０Ｆが、上記で論じたイオン透過性後電極の実装を必要とすることに注意を要する。これらの種々の動作モードについて、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６は、プロセッサ１３０の制御下にある遠隔制御式スイッチングシステム（別個に示さず）を一般に通してオン及びオフされる。
【０１０１】
代表的な静電ミラープリズム配置４５０は、（１）上記で論じた代表的な静電ミラープリズム配置１４５のため等で、９０度の角度オフセットを有する、２つの静電ミラープリズム１５０、すなわち、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２の第１の対、（２）上記で論じた代表的な静電ミラープリズム配置１４５のため等で、同様に９０度の角度オフセットを有する、２つの静電ミラープリズム１５０、すなわち、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４の第２の対、及び、（３）上記で論じた代表的な静電ミラープリズム配置１４５のため等で、同様に９０度の角度オフセットを有する、２つの静電ミラープリズム１５０、すなわち、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６の第３の対を備える。（１）第１の静電ミラープリズム１５０１及び第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３が同じ１次入力ＴＯＦ焦点４６０を有し、（２）ＴＯＦ焦点４０６が同様に、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６の結合式出力−入力ＴＯＦ焦点であり、（３）結合式出力−入力ＴＯＦ焦点４８０が、静電ミラープリズムの第２の対及び第３の対にインターフェースする（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４が第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６にインターフェースする）ことに留意することが重要である。
【０１０２】
したがって、第１の動作モードについて、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６はオフであるため、第１の静電ミラープリズム１５０１は、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６及び第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３を通過する、第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点４６０を有する第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム５１０を受信することになる。第１の静電ミラープリズム１５０１はオンであり、その電極はイオンを偏向させるために静電バイアスされているため、第１の静電ミラープリズム１５０１は、中間ＴＯＦ焦点５２５を有する中間イオンビーム５１５（上記で述べたように、その運動エネルギーに従った空間分散済みのイオンを有する）を発生することになる。次に、図３及び図４について上記で論じたように及び図２８Ａに示すように、中間イオンビーム５１５は、第２の静電ミラープリズム１５０２に提供され、第２の静電ミラープリズム１５０２は、第２の静電ミラープリズム１５０２が同様にオンであり、その電極がイオンを偏向させるために静電バイアスされているため、イオン検出器１２０が位置決めされる出力ＴＯＦ焦点面５３０を有する出力イオンビーム５２０を発生することになる。「サーベイモード」とも呼ぶことができるこの動作モードにおいて、配置４５０静電ミラープリズム配置４５０は、中程度の分解能でかつイオン質量の検出範囲に対する制限なしのＴＯＦ−ＭＳ測定のために使用することができる。
【０１０３】
さらに、この代表的な静電ミラープリズム配置４５０について、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４及び第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５は、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６とともに正方形又は長方形リング構造を形成するために配置される。したがって、第２の「リング」動作モードについて、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６は同様に、入力ＴＯＦ焦点４６０を有する第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム５１０を受信することになり、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６がオフであるとき、第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム５１０は、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６を通過して、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３に至ることになる。第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３は、ここでオンであり、その電極は、イオンを偏向するために静電バイアスされているため、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３は、上述した空間分散済みの運動エネルギーを有し、第４の（中間）ＴＯＦ焦点４７０を有する第４のイオンビーム４６５を発生することになる。これは、第１のすなわち１次の（到来）イオンビーム５１０が、図２８Ｂに示すように、この第２の動作モード用の一連のイオンビームを生成するために「注入」され使用されることを可能にする。同様に、この第２の動作モードについて、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４及び第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５は同様に、このときオンである（いずれかが、このモードについてオンされる、又は、常にオンである）。上記で論じたように、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３のプリズマティック機能に起因して、これらのイオンが、エネルギー分散平面内で分離されて、異なるエネルギーを有する第４のイオンビーム４６５内のイオンの平行ビームになることが留意されるべきである。
【０１０４】
図２８Ｂに示すように、第４のイオンビーム４６５は、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４に提供され、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４は、同様に第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５用の入力ＴＯＦ焦点である第５の出力ＴＯＦ焦点４８０を有する第５の収束性イオンビーム４７５を発生し、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５は、上述した空間分散済みの運動エネルギーを有し、同様に第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６用の入力ＴＯＦ焦点である第６の（中間）ＴＯＦ焦点４９０を有する第６のイオンビーム４８５を発生する。その後、この第２の動作モードにおいて、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６がここでオンされ、その電極がイオンを偏向するために静電バイアスされている状態で、図２８Ｃに示すように、第６のイオンビーム４８５は、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６によって反射され、同様に第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３への（また同様に、第１の静電ミラープリズム１５０１への）入力ＴＯＦ焦点である結合式出力−入力ＴＯＦ焦点４６０を有する第７の収束性イオンビーム４５５を発生する。この第２の動作モードにおいて、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５、及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６の４つ全てがオンであり、電界を発生する状態で、イオンビーム４５５、４６５、４７５、及び４８５は、プロセッサ１３０によって及び／又はコンピューティングデバイス１３２によって制御されるように、静電ミラープリズム１５０のこの正方形又は長方形リングに沿って発生され続けることになる。
【０１０５】
この高質量分解能動作モードを可能にするため、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３の電極上の電位は、検査される関心の質量範囲の最も軽いイオンが、入力ＴＯＦ焦点４６０を通過するときより遅くならずにオンされ、第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６の電極上の電位は、高質量分解能で検査される関心の質量範囲の最も軽いイオンが、第６の（中間）ＴＯＦ焦点４９０を最初に通過するときより遅くならずにオンされる。この場合、静電ミラープリズム１５０の正方形又は長方形リングの周りの連続反射のプロセスは、イオンを静電ミラープリズム１５０１及び１５０２の対に渡すため、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３が再びオフにスイッチングされるまで継続する可能性があり、静電ミラープリズム１５０１及び１５０２は、イオンを、入力ＴＯＦ焦点４６０から出力ＴＯＦ焦点５３０に搬送する。このスイッチングは、高質量分解能で検査される関心の質量範囲の最も軽いイオンが、入力ＴＯＦ焦点４６０を通過するときに行われる。各反射において、イオンはＴＯＦ焦点４６０、４７０、４８０、及び４９０を通過し、その「ΔＴ」は、「Ｔ」（総飛行時間）が増加し続ける間に小さくなり、同様に、場合によっては、１０００００を超える質量分解能を提供する。
【０１０６】
この代表的な静電ミラープリズム配置４５０において、したがって、第２の動作モードにおいて、飛行時間「Ｔ」は、ユーザーの選好又は選択に基づいて変更及び制御される可能性があり、反射は、終了するまで、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５、及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６の正方形又は長方形リングの周りで継続する。ユーザー選択済み飛行時間「Ｔ」が、プロセッサ１３０及び／又はコンピューティングデバイス１３２の制御下で経過すると、反射イオンは、その後、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３がオフされると、「吐出」される。第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２がともに、オンに維持されている（又は、ターンオンされる）ため、上記で論じたように及び図２８Ｄに示すように、収束性イオンビーム４５５は、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３を通過し、第１の静電ミラープリズム１５０１によって反射されて、中間イオンビーム５１５を形成し、中間イオンビーム５１５は、次に、第２の静電ミラープリズム１５０２によって反射されて、出力イオンビーム５２０を提供し、出力イオンビーム５２０は、異なるエネルギーを有する側方に分散したイオンビームを再結合して、出力ＴＯＦ焦点面５３０に位置決めされるイオン検出器１２０が検出するための単一イオンビームにする（すなわち、色収差を打ち消す）。第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３がオフにスイッチングされる瞬間は、検出することができる質量の範囲を決定する。
【０１０７】
代表的なＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａ装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００、２００Ａ装置の実施形態についてのこの代表的な静電ミラープリズム配置４５０は、静電ミラープリズム１５０だけに基づくバンドパスエネルギーフィルタリングを有するエネルギー等時性マルチパスＴＯＦ  ＭＳの別の例を提供する。イオンが、長方形リング幾何形状を通るその運動中に多数回そこを通過する２つのＴＯＦ焦点４７０及び４９０に、また最後に、イオンがイオン検出器１２０に至る途中で通過する中間ＴＯＦ焦点５２５にバンドパスエネルギーフィルタリングを実装することが、意図されるパスバンドの外のエネルギーの減衰を有意に改善することになり、それが、「尾部」が劇的に抑制された質量スペクトルピークの形状の改善をもたらし、したがって、静電ミラープリズム配置４５０の有効質量分解能を更に改善することになることに留意することが重要である。さらに、静電ミラープリズム配置４５０は、重要なスケーリング特徴を有する、すなわち、静電ミラープリズム１５０の側方寸法を増加させることは、入力ＴＯＦ焦点４６０と出力ＴＯＦ焦点５３０との間のイオン飛行経路の延長をそれぞれもたらす。第１の実施形態において、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２は、他の４つの静電ミラープリズム（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５、及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）より比較的大きく、単一イオンパス動作について高質量分解能を同様に達成する。
【０１０８】
静電ミラープリズム配置４５０の動作を要約すると、１つの動作モードにおいて、電位は、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２について常にオンであり、中程度の質量分解能での全体のＴＯＦ質量スペクトルの測定を可能にする。これらのミラーの前に、４つの比較的小さな静電ミラー（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４、第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５、及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）が、正方形又は長方形幾何形状を有する別のＴＯＦ  ＭＳシステムセクションを形成するために位置決めされ、それにより、
（１）６つ全ての静電ミラープリズムのエネルギー分散平面が一致する。
（２）第１の大きなミラー対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）の入力ＴＯＦ焦点４６０が、第２の小さなミラー対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の入力ＴＯＦ焦点４６０と一致し、それにより、入力ＴＯＦ焦点４６０が、第１の大きな対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）の相対的サイズを決定する比例的アップスケーリング用のスケーリング参照点である。
（３）静電ミラープリズム１５０の第３の（小さな）対（第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）が、第１の大きな対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）及び第２の小さな対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の入力ＴＯＦ焦点４６０、並びに、第１の（大きな）対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）及び第２の（小さな）対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の、それぞれ出力ＴＯＦ焦点５３０、４８０を接続する対称ライン４９５にわたって、静電ミラープリズム１５０の第２の小さな対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の対称又はミラー反射である。
（４）第１の対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）の出力ＴＯＦ焦点５３０が同様に、静電ミラープリズム配置４５０を有する全体のＴＯＦ−ＭＳシステム２００の（また、イオン検出器１２０が位置する）主焦点である。
（５）第２の（小さな）対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の出力ＴＯＦ焦点４８０が同様に、第３の（小さな）対（第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）の結合式入力ＴＯＦ焦点であり、したがって、２つの対のＲＡＩＭＰカスケードを形成する。
（６）重要なことには、第３の（小さな）対（第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）のエネルギー分散平面が、第２の（小さな）対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）のエネルギー分散平面に一致し、その理由が、第３の（小さな）対（第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）の出力ＴＯＦ焦点４６０が第２の（小さな）対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の入力ＴＯＦ焦点に一致するようにそれがひっくり返された（１８０度だけ回転された）からであり、また、このエネルギー分散平面が同様に、第１の大きな対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）のエネルギー分散平面に一致する。
（７）対称又はミラーライン４９５の両側に対称に位置する、リング配置についての２つの中間ＴＯＦ焦点４７０、４９０が存在し、また、エネルギーバンドパスフィルター１４０（それぞれが可変幅制御スリット２５５を有する）が、これらの中間ＴＯＦ焦点４７０、４９０に位置決め又は配置されて、静電ミラープリズム配置３００、４００、４１５、及び４３０について上記で論じたように、システム２００の実施形態のこの部分の信号対雑音比及び有効質量分解能を改善することができる。そして、
（８）エネルギーバンドパスフィルター１４０（可変幅制御スリット２５５を有する）が、中間ＴＯＦ焦点５２５に位置決め又は配置されて、第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２を有するシステム２００の実施形態のこの部分の信号対雑音比及び有効質量分解能を改善することができる。
【０１０９】
この代表的な静電ミラープリズム配置４５０を有するこの代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態を使用して測定することができる質量範囲は、第２の対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）及び第３の対（第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）を通るターン数に依存することになる。マルチターン分析用の入力イオンパッケージは、第２の対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）用の入力ＴＯＦ焦点４６０（最も重い質量）と第３の対（第５の静電ミラープリズム１５０Ｄ５及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６）の中間ＴＯＦ焦点４９０（最も軽い質量）との間の第１のターンの前に位置する質量によって形成されることになる。マルチターンＴＯＦ−ＭＳ分析用の出力イオンパッケージは、第２の対（第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４）の入力ＴＯＦ焦点４６０（最も軽い質量）と中間ＴＯＦ焦点４７０（最も重い質量）との間の最後のターンの後に位置する質量によって形成されることになる。そのため、第３の静電ミラープリズム１５０Ｆ３及び第６の静電ミラープリズム１５０Ｆ６がターンオン及びターンオフされる瞬間を選択することは、超高質量分解能で検査される関心の質量範囲を決定することになる。第１の大きな対（第１の静電ミラープリズム１５０１及び第２の静電ミラープリズム１５０２）だけを使用する第１の（サーベイＴＯＦ−ＭＳ）動作モードについて、イオン検出スキーム、データ取得ハードウェア、及び／又はデータ記憶能力によって課される制限を除いて、質量範囲が制限を持たないことが留意されるべきである。
【０１１０】
図２９は、代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態及び代表的なＴＯＦシステム２００の実施形態について、第５のカスケード式でかつタンデムの配置又は構成を有する複数の代表的な静電ミラープリズム１５０Ｄを有する第１０の代表的な静電ミラープリズム配置５００を示す等角図であり、また、上記で論じた代表的な第５の静電ミラープリズム配置３００の変形である。第１０の代表的な静電ミラープリズム配置５００について、例として、限定することなく示す静電ミラープリズム１５０Ｄを有する４つの静電ミラープリズム１５０は、例として、限定することなく、レーザービーム発生器（すなわち、レーザー）又は電子ビーム発生器等の解離デバイス５０５とともに利用されて、選択済みの関心の質量の光解離又は電子衝突解離を引き起こす。
【０１１１】
上述したように、静電ミラープリズム１５０は、２つの静電ミラープリズム１５０の群で対毎に配置される。図２９に示すように、４つの静電ミラープリズム１５０Ｄが、カスケード接続されており、すなわち、直列に配置されており、第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ１は第１の対として第２の静電ミラープリズム１５０Ｄ２と対形成され、第３の静電ミラープリズム１５０Ｄ３は第２の対として第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４と対形成される。静電ミラープリズム１５０の１つの対の出力ＴＯＦ焦点は、静電ミラープリズム１５０の次の対の入力ＴＯＦ焦点になる。示すように、５つのＴＯＦ焦点２０５、２１０、２１５、３２０、及び３２５、並びに、５つのイオンビーム２２０、２２５、２３０、３４０、及び３４５が存在する。
【０１１２】
この第１０の代表的な静電ミラープリズム配置５００は同様に、格子なし静電ミラープリズム１５０Ｄの２つの対を使用する複数反射（カスケード）静電ミラープリズム１５０ＴＯＦ−ＭＳ設計の例であるが、上記で論じた任意の型の静電ミラープリズム１５０（格子付き又は格子なし）を、等価的に利用することができる。静電ミラープリズム１５０の２つの対が、同じ「エネルギー分散平面」内に存在し、上述した５つのＴＯＦ焦点が存在する。５つのＴＯＦ焦点とは、（パルス化イオン源１０５又は介在する構成要素からの）入力焦点２０５、異なるエネルギーの空間分散されるイオン用の２つの「中間」焦点２１０、３２０、静電ミラープリズム１５０の第１及び第２の対又はセットの間でインターフェースするための１つの結合式出力−入力焦点２１５、及びイオン検出器１２０を設置することができる最後の出力焦点３２５である。
【０１１３】
示すように、静電ミラープリズム１５０Ｄの第１の対について、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０（第１のすなわち初期のＴＯＦ焦点２０５を有する）は、第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ１に入力され、第１の静電ミラープリズム１５０Ｄ１は、第２のすなわち２次のイオンビーム２２５（その運動エネルギーに従う空間分散済みイオンを有し、第２のすなわち２次の（中間）ＴＯＦ焦点２１０を有する）を、第２の静電ミラープリズム１５０Ｄ２に対して発生し、第２の静電ミラープリズム１５０Ｄ２は、収束性の又は再結合済みの第３のすなわち３次のイオンビーム２３０（結合式出力−入力焦点として、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点面２１５を有する）を発生する。静電ミラープリズム１５０Ｄの第２の対について、第３のすなわち３次のイオンビーム２３０は、第３の静電ミラープリズム１５０Ｄ３に入力され、第３の静電ミラープリズム１５０Ｄ３は、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４に提供される次の中間イオンビーム３４０（その運動エネルギーに従う空間分散済みイオンを有し、中間ＴＯＦ焦点３２０を有する）を発生し、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４は、別の収束性の又は再結合済みの出力イオンビーム３４５（出力ＴＯＦ焦点面３２５を有する）を発生する。上述したように、イオン検出器１２０は、通常、この出力ＴＯＦ焦点面３２５に位置決めされ、代表的な静電ミラープリズム配置５００とともに、別の代表的なＴＯＦ質量分析器１００装置の実施形態を形成する。さらに、任意のバンドパスエネルギーフィルタリングは、異なるエネルギーの空間分散済みイオンについて、２つの中間焦点２１０及び３２０の任意の中間焦点に上述したように実装することができ、第１及び第２のバンドパスフィルター１４０Ａ及び１４０Ｂをそれぞれ使用して示される。
【０１１４】
マルチ「跳ね返り」の代表的な静電ミラープリズム配置５００は、タンデムモードとも呼ばれるＭＳ−ＭＳモードで動作する能力を有する。そのため、エネルギーバンドパス制御スリット２５５を有する第１のエネルギーバンドパスフィルター１４０Ａは第１の中間ＴＯＦ焦点２１０に位置決め又は配置されるべきであり、第２のエネルギーバンドパスフィルター１４０Ｂは次の中間ＴＯＦ焦点３２０に位置決め又は配置されるべきである。中間ＴＯＦ焦点２１０におけるエネルギーバンドパスフィルター１４０Ａは、フラグメントイオンが、その場所を超えて貫入しないことを保証する。こうして形成される（又は、フィルタリングされる）イオンのフラグメントなし質量スペクトルは、第３のすなわち３次のＴＯＦ焦点２１５を通過するとき、異なるｍ／ｚを有するイオンは、所定の空間内に十分に閉じ込められるが、経時的に広がることができる。この場合、識別することができる分子イオン（本明細書で「前駆体」と呼ぶ）に対応するＭＳピークの群は、解離デバイス５０５によって発生された十分に収束したパルス化レーザービームによって又は電子ビームによって、選択された瞬間にインターセプトされて、分子フラグメント化（光解離又は電子衝突解離による）をトリガーし、フラグメントイオンを生成することができる。
【０１１５】
これらのフラグメントイオンの運動エネルギーは、前駆体の運動エネルギーより小さく、フラグメント質量と前駆体質量との比に比例する前駆体エネルギーの何分の１かである。中間ＴＯＦ焦点３２０にエネルギーバンドパスフィルターがないとき、空間内で分散したフラグメントイオンは、第４の静電ミラープリズム１５０Ｄ４を通過し、固有の飛行時間でイオン検出器１２０（出力ＴＯＦ焦点３２５に位置決めされる）に達することができる。質量スペクトルにおいて、これは、前駆体ピークの消失又は減衰及び異なる時間における新しいピークの出現とみなすことができる。エネルギーバンドパスフィルター１４０Ｂは、ＴＯＦ焦点３２０に設置される場合、フラグメントイオンだけがミラープリズム１５０Ｄ４を通過し、イオン検出器１２０に達するように、必要である場合、整列されてもよい。いずれの場合も、これらの新しいピークについて、フラグメントの間で分割される運動エネルギーの割合は、代表的な静電ミラープリズム配置５００の幾何形状の知識に基づいて計算することができる。エネルギーバンドパスフィルター１４０ＢをＴＯＦ焦点３２０に実装していることは、ＭＳ−ＭＳ動作をよりよく較正し、フラグメント識別を改善するのを助けることができる。これは、前駆体イオン及びそのフラグメント化チャネルの明確な識別を可能にすることになる。さらに、ＭＳ−ＭＳ動作モードは、ＴＯＦ−ＭＳデューティサイクルの半分として実行され得るため、フラグメントイオンは、２つのイオンパルスの中の１つのイオンパルスについてだけ形成することができ、それぞれの半分は、別個の時間−デジタル変換器又はデジタイザーによって取得することができる。この場合、ＭＳ−ＭＳ分析は、通常のＴＯＦ−ＭＳ分析によってリアルタイムにかつほぼ同時に行うことができる。これは、イオンパルスの５０％が非フラグメント化前駆体を有する通常の質量スペクトルを生成することができ、他の５０％がフラグメント化を受ける前駆体を有する質量スペクトルを生成することができることを意味する。これは、前駆体及びフラグメントが同じ分析体積に由来することを保証することによってＭＳ分析の精度を改善することになる。
【０１１６】
ＭＳ−ＭＳモードでの飛行時間質量分析法は、並列に動作する代表的な静電ミラープリズム配置５００の２つのセットを使用して実施することができ、それぞれは、パルス化イオン源１０５から発生された到来イオンビーム２２０を有するが、フラグメント化は、２つの並列の代表的な静電ミラープリズム配置５００の一方だけで起こる。この状況において、代表的な静電ミラープリズム配置５００の幾何形状及びイオンの名目運動エネルギーの知識は、その飛行時間から、検出されるフラグメントイオンの運動エネルギーを決定することを可能にする。さらに、検出されるフラグメントイオンの運動エネルギーの知識は、フラグメント化チャネルの決定、したがって、分子前駆体イオンの識別を可能にする。交互方式でトリガーされる（それにより、パルス化レーザー又は電子ビームは、２つのトリガーパルスの中の１つのトリガーパルスだけで発火され、パルス化イオン源は全てのパルスでトリガーされる）２つの時間−デジタル変換器又はデジタイザーによってＴＯＦ−ＭＳ検出を実施することは、直接比較され得るフラグメントなしのＴＯＦ−ＭＳスペクトル及びフラグメントを含むＴＯＦ−ＭＳスペクトルの準並列測定が、前駆体及びフラグメントイオンが同じ分析体積に由来することを保証することを可能にする。
【０１１７】
代表的な実施形態の多数の利点はすぐに明らかになる。複数の代表的な静電ミラープリズム配置を使用するＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ、及びシステム２００、２００Ａの複数の実施形態が開示されており、複数の実施形態は、イオンビームを構成するイオンの運動エネルギーを選択及び／又は制御して、選択可能かつ比較的狭いバンドの運動エネルギーを有するイオンビームを生成することができる。また、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、種々のシステムの実施形態において、選択可能な又は構成可能な飛行時間を提供し、複数のＴＯＦ焦点及びタンデム動作を含むことができる。また、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、無収差イメージングを可能にするために、検出時に空間情報を選択的に保存する。さらに、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａのこうした実施形態は、これらの種々の特徴についてまた種々の組合せで、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａの実施形態を選択的に動作させる又は構成するために、マルチモード動作が可能である。
【０１１８】
上述したように、パルス化イオン源１０５は、任意選択で、任意のイオン光学系、イオンガイド、又はイオン加速器を含むことができ、第１のすなわち１次のイオンビーム２２０をＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａに提供する。イオン光学系は、通常、イオンガイド（複数の場合もある）１１０とＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａへの入口との間で所望の軸方向長さの真空排気済み体積（例えば、実質的に中性気相分子がなくて、本質的に衝突なしである）内に配置される。イオン光学系（例えば、軸の周りに配置されたイオンレンズ）は、例えば、軸と同軸の円筒電極、軸上アパーチャを有する板、又は、軸上ギャップによって分離された板若しくは半円筒の対とすることができる。ＤＣ電位を、イオンレンズのうちの１つ以上に印加することができる。イオンレンズのうちの１つ以上は、イオンビームの幾何形状が、ＴＯＦ質量分析器１００、１００Ａへの入口の受容エリアに適合することを保証するイオンスライサーとして構成することができる。また、連続イオンビームが発生される場合、こうしたイオン光学系は、連続イオンビームをパルス化（又はパケットベース）イオンビーム２２０に変換することが可能となる。
【０１１９】
１つ以上のオプションのイオンガイドは、一般に、イオン光学系が真空で動作する状態で、時として高い圧力で、種々の連続ビームイオン源にインターフェースするために利用することができ、軸に沿ってイオンが透過されることを可能にしながら、軸に沿ってイオンを閉じ込めるために構成される電極の配置を含むことができる。イオンガイドの型に応じて、無線周波数（ＲＦ）及び／又は直流（ＤＣ）電圧を、イオンガイド電極に印加することができる。イオンガイドは、例えば、収束性幾何形状を有することができ、収束性幾何形状は、次のデバイス内への透過を改善するため、イオンビームを圧縮する。例として、イオンガイドは、例えば、限定することなく、電極が全体的にイオン移動方向に沿って伸張した状態で多極構造として構成することができ、又は代替的に、リング状電極又はアパーチャを含む板電極がイオン移動方向に垂直に配向した状態で、円筒積重ね式リング構造又はイオンファンネルとして構成することができ、又は、平面幾何形状を有することができる。
【０１２０】
本明細書で使用するとき、「プロセッサ」（又は「コントローラー」）１３０は、任意のタイプのプロセッサ又はコントローラーであってもよく、また、本明細書で論じる機能を実施するように構成されるか、設計されるか、プログラムされるか、又はその他の方法で適合される１つ以上のプロセッサ（又は複数の場合もある）１３０として具現化されてもよい。プロセッサ又はコントローラーという用語が本明細書で使用されるとき、プロセッサ１３０は、単一集積回路（「ＩＣ」）の使用を含んでもよい、又は、コントローラー、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）、アレイプロセッサ、グラフィクス又は画像プロセッサ、並列プロセッサ、マルチコアプロセッサ、カスタムＩＣ、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、適応型コンピューティングＩＣ、関連するメモリ（ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、及びＲＯＭ等）、並びに他のＩＣ及び構成要素（アナログであれ、デジタルであれ）等の、複数の集積回路又はともに接続されるか、配置されるか、又はグループ化された他の構成要素の使用を含んでもよい。結果として、本明細書で使用するとき、プロセッサ又はコントローラーという用語は、マイクロプロセッサメモリ又は更なるＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、ＥＰＲＯＭ、又はＥ２ＰＲＯＭ等の関連するメモリとともに、単一ＩＣ、又は、本明細書で論じる機能を実施するカスタムＩＣ、ＡＳＩＣ、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラー、ＦＰＧＡ、適応型コンピューティングＩＣ、又は集積回路の何らかの他のグループ化の配置構成を同等に意味し含むと理解されるべきである。プロセッサ１３０は、関連するメモリとともに、ＴＯＦ−ＭＳ装置１００、１００Ａ及びシステム２００、２００Ａの種々の実施形態を制御するため等で、本明細書で論じる本発明の方法を（プログラミング、ＦＰＧＡ相互接続、又は配線によって）実施するように適合又は構成することができる。例えば、方法は、プログラムされ、プロセッサ１３０が動作している（すなわち、パワーオンされ機能している）ときに後で実行するため、プログラム命令又は他のコード（又は同等の構成若しくは他のプログラム）のセットとして、その関連するメモリ（及び／又はメモリ１２５）及び他の同等の構成要素を有するプロセッサ１３０に格納されてもよい。同等に、プロセッサ１３０が、全体的に又は部分的に、ＦＰＧＡ、カスタムＩＣ、及び／又はＡＳＩＣとして実装されてもよいとき、ＦＰＧＡ、カスタムＩＣ、又はＡＳＩＣは、同様に、本発明の方法を実装するように設計、構成、及び／又は実配線されてもよい。例えば、プロセッサ１３０は、場合によってはメモリ１２５と連携して、を含んで、本発明の方法を実装するように、それぞれ、実配線、プログラム、設計、適合、又は構成される、「プロセッサ」又は「コントローラー」と総称的に呼ばれる、アナログ及び／又はデジタル回路、コントローラー、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ、及び／又はＡＳＩＣの配置構成として実装されてもよい。
【０１２１】
データレポジトリ（又はデータベース）を含むことができるメモリ１２５は、現時点で既知であるか又は将来利用可能となる、任意のコンピューター又は他の機械可読データ記憶媒体、メモリデバイス、又は情報の格納若しくは通信用の他の記憶デバイス若しくは通信デバイスを含む、任意の数の形態で具体化することができる。これらの形態には、限定されないが、選択される実施形態に応じて、既知であるか又は既知となる、揮発性であるか又は不揮発性であるか、着脱可能であるか又は着脱不能であるかにかかわらず、限定ではなくＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、ＤＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ若しくはＥ２ＰＲＯＭを含む、メモリ集積回路（「ＩＣ」）若しくは集積回路のメモリ部分（プロセッサ１３０、又はプロセッサＩＣ内の常駐メモリ等）、又は、磁気ハードドライブ、光ドライブ、磁気ディスク若しくはテープドライブ、ハードディスクドライブ、フロッピーディスク、ＣＤＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）若しくは他の光メモリ等の他の機械可読記憶機構若しくはメモリ媒体、又は他の任意のタイプのメモリ、記憶媒体、若しくはデータ記憶装置若しくは回路等の他の任意の形態のメモリデバイスが含まれる。メモリ１２５は、様々なルックアップテーブル、パラメーター、係数、他の情報及びデータ、（本発明のソフトウェアの）プログラム又は命令、及びデータベーステーブル等の他のタイプのテーブルを格納するように適合させることができる。
【０１２２】
上述したように、プロセッサ１３０は、例えば本発明のソフトウェア及びデータ構造を用いて、本発明の方法を実行するように実配線又はプログラムされている。結果として、本発明のシステム及び関連する方法は、上述した非一時的コンピューター可読媒体内で具体化される命令及び／又はメタデータのセット等、こうしたプログラミング又は他の命令を提供するソフトウェアとして具体化することができる。さらに、メタデータを利用して、ルックアップテーブル又はデータベースの様々なデータ構造を定義することもできる。こうしたソフトウェアは、例として限定ではなく、ソースコード又はオブジェクトコードの形態とすることができる。ソースコードは、何らかの形態の命令又はオブジェクトコード（アセンブリ言語命令又はコンフィギュレーション情報を含む）に更にコンパイルすることができる。本発明のソフトウェア、ソースコード又はメタデータは、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｍａｔｌａｂ、ＳｙｓｔｅｍＣ、ＬＩＳＡ、ＸＭＬ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｂｒｅｗ、ＳＱＬ及びその変形形態（例えばＳＱＬ９９又はＳＱＬのプロプライエタリ版）、ＤＢ２、Ｏｒａｃｌｅ、又は様々なハードウェア定義言語若しくはハードウェアモデリング言語（例えばＶｅｒｉｌｏｇ、ＶＨＤＬ、ＲＴＬ）及び結果として得られるデータベースファイル（例えばＧＤＳＩＩ）を含む、本明細書で説明した機能を実行する、他のあらゆるタイプのプログラミング言語の任意のタイプのコードとして具体化することができる。結果として、本明細書で等価に用いる「構造」、「プログラム構造」、「ソフトウェア構造」又は「ソフトウェア」は、あらゆるシンタックス又はシグネチャを有するあらゆる種類のあらゆるプログラム言語をも意味しかつ指し、それは、（例えば、インスタンス化されるか、又はプロセッサ１３０を含むプロセッサ又はコンピューターにロードされ実行されたとき）関連する機能又は指定された方法を提供するか、又は提供すると解釈することができる。
【０１２３】
本発明のソフトウェア、メタデータ又は他のソースコード及びあらゆる結果として得られるビットファイル（オブジェクトコード、データベース又はルックアップテーブル）は、メモリ１２５に関して上述したようなコンピューター可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータとして、コンピューター又は他の機械可読データ記憶媒体のいずれか等の任意の有形の非一時的記憶媒体、例えば、上述したようなフロッピーディスク、ＣＤＲＯＭ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、磁気ハードドライブ、光ドライブ又は他のあらゆるタイプのデータ記憶装置若しくは媒体内で具体化することができる。
【０１２４】
ネットワークインターフェース１３５は、関連するチャネル、ネットワーク、又はバスに対する適切な接続のために利用される。例えば、ネットワークインターフェース１３５は、ワイヤラインインターフェースのためにインピーダンス整合、ドライバー、及び他の機能を提供することができ、無線インターフェースのために復調及びアナログ−デジタル変換を提供することができ、コンピューティングデバイス１３２のため、及び／又は、プロセッサ１３０及び／又はメモリ１２５のため、他のデバイスとの物理インターフェースをそれぞれ提供することができる。一般に、ネットワークインターフェース１３５は、プログラム命令、パラメーター、構成情報、制御メッセージ、データ、及び他の関連情報等の選択される実施形態に応じてデータを受信及び送信するために使用される。
【０１２５】
ネットワークインターフェース１３５は、当技術分野で知られているように又は知られるようになり得るように実装されて、プロセッサ１３０と、無線、光、又は有線等の任意のタイプのネットワーク又は外部デバイスとの間で、また、任意の適用可能な規格（例えば、例として限定することなく、種々のＰＣＩ、ＵＳＢ、ＲＪ４５、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（Ｆａｓｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、３００ａｓｅ−ＴＸ、３００ａｓｅ−ＦＸ等）、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＷＣＤＭＡ（登録商標）、ＷｉＦｉ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、３Ｇ、及び上記で述べた他の規格及びシステムのうちの１つ）を使用してデータ通信を提供してもよく、また、インピーダンス整合能力、高電圧制御バスとインターフェースするための低電圧プロセッサ用の電圧変換、有線又は無線送受信機、及び、プロセッサ１３０からのシグナリングに応答して種々のライン又はコネクタをターンオン又はオフする種々のスイッチング機構（例えば、トランジスタ）を含んでもよい。さらに、ネットワークインターフェース１３５は、同様に、例えば、ディスプレイ上に出力するためリアルタイムに情報を受信するため、実配線又はＲＦ又は赤外シグナリングを通して等で信号を、コンピューティングデバイス１３２及び／又はシステム２００に対して外部にそれぞれ受信及び／又は送信するように同様に構成及び／又は適合されてもよい。ネットワークインターフェース１３５は、選択される任意のアーキテクチャを使用して、任意のタイプのバス又はネットワーク構造又は媒体に対する接続を提供してもよい。例として限定することなく、こうしたアーキテクチャは、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、周辺コンポーネント相互接続（ＰＣＩ）バス、ＳＡＮバス、又は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、ＩＳＤＮ、Ｔｌ、衛星、無線等のような任意の他の通信若しくはシグナリング媒体を含む。
【０１２６】
本開示は、本発明の原理の例示として考えられ、示した特定の実施形態に本発明を限定することを意図されない。この点に関して、本発明が、その適用において、上記及び以下で述べられる、図面に示される、又は例において述べられる構成の詳細及び構成要素の配置構成に限定されないことが理解される。本発明と一貫性があるシステム、方法、及び装置は、他の実施形態が可能であり、種々の方法で実践され実施されることが可能である。
【０１２７】
本発明について、その具体的な実施形態に関して記載したが、これらの実施形態は、単に例示的なものであり、本発明を限定するものではない。本明細書における記載では、本発明の実施形態が完全に理解されるように、電子部品、電子及び構造的接続、材料並びに構造的変形の例等、多数の具体的な詳細を提供している。しかしながら、当業者は、本発明の実施形態を、具体的な詳細のうちの１つ以上を伴わずに、又は他の装置、システム、アセンブリ、構成要素、材料、部品等とともに実施することができることを理解するであろう。他の場合では、既知の構造、材料又は動作は、本発明の実施形態の態様を不明瞭にしないように具体的に示さずかつ詳細に記載していない。さらに、様々な図は、正確な縮尺で描かれておらず、限定するものとみなされるべきではない。
【０１２８】
本明細書を通して、「１つの実施形態」、「一実施形態」又は具体的な「実施形態」に対して言及する場合、それは、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ずしも全ての実施形態に含まれるものではなく、さらに、必ずしも同じ実施形態を指すものではないことを意味する。さらに、本発明の任意の具体的な実施形態の特定の特徴、構造又は特性を、任意の適切な方法で、かつ他の特徴を対応して使用することなく選択された特徴を使用することを含む、１つ以上の他の実施形態との任意の適切な組合せで、組み合わせることができる。さらに、本発明の本質的な範囲及び趣旨に対して特定の応用、状況又は材料を採用するように、多くの変更を行うことができる。本明細書に記載し例示する本発明の実施形態の他の変形及び変更が、本明細書における教示に鑑みて可能であり、本発明の趣旨及び範囲の一部であるとみなされるべきであることが理解されるべきである。
【０１２９】
本明細書の数値範囲の列挙について、同じ程度の精度を有するその間のそれぞれの介在する数値が明示的に企図される。例えば、６〜９の範囲について、数値７及び８が、６及び９に加えて企図され、６．０〜７．０の範囲について、数値６．０、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、及び７．０が明示的に企図される。さらに、所定の範囲内の全ての介在する部分範囲が、任意の組合せで企図され、また、本開示の範囲内にある。例えば、５〜１０の範囲について、部分範囲５〜６、５〜７、５〜８、５〜９、６〜７、６〜８、６〜９、６〜１０、７〜８、７〜９、７〜１０、８〜９、８〜１０、及び９〜１０が企図され、また、本開示の範囲内にある。
【０１３０】
図に示す要素のうちの１つ以上を、特定の用途に従って有用である可能性があるように、より別個に又は統合して実施することもでき、又はさらには、場合によっては除去するか若しくは動作不能とみなすこともできることも理解されよう。特に、別個の構成要素の分離又は組合せが不明瞭であるか又は識別できない実施形態の場合、構成要素の一体的に形成された組合せもまた、本発明の範囲内にある。さらに、本明細書における「結合された」という用語（「結合する」又は「結合可能な」等のその様々な形態も含む）を使用する場合、それは、一体的に形成された構成要素及び別の構成要素を介して又は通して結合される構成要素を含む、任意の直接的な若しくは間接的な電気的、構造的、若しくは磁気的結合、接続若しくは取付け、又はこうした直接的な若しくは間接的な電気的、構造的、若しくは磁気的結合、接続若しくは取付けに対する適応若しくは能力を意味しかつ含む。
【０１３１】
さらに、図面／図におけるいかなる信号矢印も、具体的に別段の言及がない限り、限定するものではなく単に例示するものとみなされるべきである。ステップの構成要素の組合せもまた、特に、分離又は組み合わせることができることが不明瞭である場合でも予見可能である場合でも、本発明の範囲内にあるとみなされる。本明細書でかつ添付の特許請求の範囲を通して用いる「又は」という選言的な用語は、概して、別段の示唆がない限り、連言的意味及び選言的意味の両方を有する「及び／又は」を意味するように意図されている（「排他的論理和」の意味に制限されない）。本明細書の記載においてかつ添付の特許請求の範囲を通して用いる数量を指示しない語は、文脈において明確な別段の指示がない限り、複数の言及を含む。また、本明細書の記載においてかつ添付の特許請求の範囲を通して用いる「内（in）」の意味は、文脈において明確な別段の指示がない限り、「内」及び「上」を含む。
【０１３２】
概要又は要約書に記載されるものを含む本発明の例示的な実施形態の上述した説明は、網羅的であるように、すなわち本明細書に開示した厳密な形態に本発明を限定するようには意図されていない。上述したことから、本発明の新規な概念の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多数の変形、変更及び置換が意図され、それらを行うことができることが理解されよう。本明細書において例示する具体的な方法及び装置に関するいかなる限定も意図されておらず、推断されるべきではないことが理解されるべきである。当然ながら、こうした全ての変更を添付の特許請求の範囲によってその請求項の範囲内にあるものとして包含することが意図されている。
【図１】
2019505082.tif 000004
【図２】
2019505082.tif 000005
【図３】
2019505082.tif 000006
【図４】
2019505082.tif 000007
【図５Ａ】
2019505082.tif 000008
【図５Ｂ】
2019505082.tif 000009
【図６】
2019505082.tif 000010
【図７】
2019505082.tif 000011
【図８Ａ】
2019505082.tif 000012
【図８Ｂ】
2019505082.tif 000013
【図９】
2019505082.tif 000014
【図１０】
2019505082.tif 000015
【図１１】
2019505082.tif 000016
【図１２】
2019505082.tif 000017
【図１３】
2019505082.tif 000018
【図１４】
2019505082.tif 000019
【図１５】
2019505082.tif 000020
【図１６】
2019505082.tif 000021
【図１７】
2019505082.tif 000022
【図１８】
2019505082.tif 000023
【図１９】
2019505082.tif 000024
【図２０】
2019505082.tif 000025
【図２１】
2019505082.tif 000026
【図２２Ａ】
2019505082.tif 000027
【図２２Ｂ】
2019505082.tif 000028
【図２２Ｃ】
2019505082.tif 000029
【図２２Ｄ】
2019505082.tif 000030
【図２３】
2019505082.tif 000031
【図２４】
2019505082.tif 000032
【図２５】
2019505082.tif 000033
【図２６】
2019505082.tif 000034
【図２７Ａ】
2019505082.tif 000035
【図２７Ｂ】
2019505082.tif 000036
【図２７Ｃ】
2019505082.tif 000037
【図２７Ｄ】
2019505082.tif 000038
【図２８Ａ】
2019505082.tif 000039
【図２８Ｂ】
2019505082.tif 000040
【図２８Ｃ】
2019505082.tif 000041
【図２８Ｄ】
2019505082.tif 000042
【図２９】
2019505082.tif 000043
【国際調査報告】
2019505082.tif 000044