(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、
前記正イオン及び前記負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、
前記筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、
前記筐体内に配置され、前記コンバージョンダイノードと対向しかつ前記コンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、
前記電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、
前記二次電子の入射に応じて前記シンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、
前記イオン進入口には、正電位及び負電位が選択的に印加される第１のメッシュが張られており、
前記筐体には、前記イオン進入口と対向する開口が設けられており、
前記開口には、接地されたメッシュが張られていることを特徴とするイオン検出装置。
【請求項２】
前記コンバージョンダイノードと前記導電層とを結ぶ基準線に略直交する所定の面が前記イオン進入口の中心線を含むように、前記イオン進入口に対して前記コンバージョンダイノード及び前記導電層が位置しており、
前記コンバージョンダイノードによって形成される負の等電位面と前記導電層によって形成される正の等電位面とが前記所定の面に関して略対称となるように、前記コンバージョンダイノードに負電位が印加されると共に前記導電層に正電位が印加されることを特徴とする請求項１記載のイオン検出装置。
【請求項３】
前記シンチレータには、正電位が印加される電極層が前記導電層を包囲するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン検出装置。
【請求項４】
正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、
前記正イオン及び前記負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、
前記筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、
前記筐体内に配置され、前記コンバージョンダイノードと対向しかつ前記コンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、
前記電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、
前記二次電子の入射に応じて前記シンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、
前記イオン進入口には、正電位及び負電位が選択的に印加される第１のメッシュが張られており、
前記イオン進入口には、前記第１のメッシュに対して外側に位置するように第２のメッシュが張られており、
前記第２のメッシュには、前記第１のメッシュに印加される電位よりも絶対値が小さくなるように、かつ前記第１のメッシュに印加される電位と極性が逆となるように、正電位及び負電位が選択的に印加されることを特徴とするイオン検出装置。
【請求項５】
正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、
前記正イオン及び前記負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、
前記筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、
前記筐体内に配置され、前記コンバージョンダイノードと対向しかつ前記コンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、
前記電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、
前記二次電子の入射に応じて前記シンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、
前記筐体内には、前記コンバージョンダイノード及び前記導電層に対して前記イオン進入口側に位置するように、かつ、前記イオン進入口側から見た場合に、前記コンバージョンダイノードと前記導電層とが対向する方向に略直交する方向において前記イオン進入口を挟むように、前記筐体と同電位とされる一対の電極部材が配置されていることを特徴とするイオン検出装置。
【請求項６】
正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、
前記正イオン及び前記負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、
前記筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、
前記筐体内に配置され、前記コンバージョンダイノードと対向しかつ前記コンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、
前記電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、
前記二次電子の入射に応じて前記シンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、
前記筐体には、前記シンチレータが接続された一端、及び前記光検出器が接続された他端を有するライトガイドが貫通しており、
前記ライトガイドにおける前記一端側の第１の部分は、第１の導電膜に覆われ、
前記ライトガイドにおける前記他端側の第２の部分は、第２の導電膜に覆われ、
前記ライトガイドにおける前記第１の部分と前記第２の部分との間の第３の部分は、絶縁膜に覆われていることを特徴とするイオン検出装置。
【請求項７】
前記第３の部分は、前記絶縁膜を介して第３の導電膜に覆われていることを特徴とする請求項６記載のイオン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のイオン検出装置として、イオンの衝突により二次電子を放出するコンバージョンダイノードと、コンバージョンダイノードから放出された二次電子の入射により光を発するシンチレータと、シンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備えるものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。ここで、正イオン及び負イオンを検出するために、負電位が印加される正イオン用のコンバージョンダイノードと、正電位が印加される負イオン用のコンバージョンダイノードとが別々に設けられる場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３２６３１５号公報
【特許文献２】仏国特許出願公開第２６５８３６１号明細書（ＦＲ２６５８３６１Ａ１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、正イオン用のコンバージョンダイノードと負イオン用のコンバージョンダイノードとが別々に設けられたイオン検出装置にあっては、負イオン用のコンバージョンダイノードにて、負イオンの引付け及び二次電子の放出の両立を図ることは技術的に困難であり、負イオンから二次電子への変換効率も低下することから、負イオンの検出効率が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることができるイオン検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のイオン検出装置は、正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、正イオン及び負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、筐体内に配置され、コンバージョンダイノードと対向しかつコンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、二次電子の入射に応じてシンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、イオン進入口には、正電位及び負電位が選択的に印加される第１のメッシュが張られており、筐体には、イオン進入口と対向する開口が設けられており、開口には、接地されたメッシュが張られていることを特徴とする。
【０００７】
このイオン検出装置では、イオン進入口を介して筐体内に正イオンが進入すると、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。一方、イオン進入口を介して筐体内に負イオンが進入すると、当該負イオンは、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層に衝突する。この負イオンの衝突により導電層から正イオンが放出され、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。このように、筐体内に正イオンが進入した場合には勿論、筐体内に負イオンが進入した場合にも、当該負イオンが導電層で正イオンに変換されるので、負電位が印加されたコンバージョンダイノードにて正イオンから二次電子への変換が実現され、その結果、正イオン及び負イオンから二次電子への変換効率の低下が抑制される。よって、このイオン検出装置によれば、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることが可能となる。
また、イオン進入口には、正電位及び負電位が選択的に印加される第１のメッシュが張られている。これによれば、筐体内に正イオンを進入させて当該正イオンを検出する場合には、第１のメッシュに負電位を印加することで、イオン進入口内への正の電界の形成を抑制し、コンバージョンダイノードにおける正イオンの入射効率をより一層向上させることができる。一方、筐体内に負イオンを進入させて当該負イオンを検出する場合には、第１のメッシュに正電位を印加することで、イオン進入口内への負の電界の形成を抑制し、導電層における負イオンの入射効率をより一層向上させることができる。
さらに、筐体には、イオン進入口と対向する開口が設けられており、開口には、接地されたメッシュが張られている。これにより、コンバージョンダイノード及び導電層に収束する静電レンズが形成されるので、ニュートラル等に起因したノイズの発生が防止される。
【０００８】
ここで、コンバージョンダイノードと導電層とを結ぶ基準線に略直交する所定の面がイオン進入口の中心線を含むように、イオン進入口に対してコンバージョンダイノード及び導電層が位置しており、コンバージョンダイノードによって形成される負の等電位面と導電層によって形成される正の等電位面とが所定の面に関して略対称となるように、コンバージョンダイノードに負電位が印加されると共に導電層に正電位が印加されてもよい。これによれば、コンバージョンダイノードへの正イオンの軌道、導電層への負イオンの軌道、及びシンチレータへの二次電子の軌道を収束し、コンバージョンダイノードにおける正イオンの入射効率、導電層における負イオンの入射効率、及びシンチレータにおける二次電子の入射効率を向上させることができる。
【０００９】
また、シンチレータには、正電位が印加される電極層が導電層を包囲するように形成されていてもよい。これによれば、筐体内に負イオンが進入した場合に、負イオンの衝突により導電層から放出された正イオンの発散を抑制し、コンバージョンダイノードにおける正イオンの入射効率をより一層向上させることができる。
【００１０】
また、本発明のイオン検出装置は、正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、正イオン及び負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、筐体内に配置され、コンバージョンダイノードと対向しかつコンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、二次電子の入射に応じてシンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、イオン進入口には、正電位及び負電位が選択的に印加される第１のメッシュが張られており、イオン進入口には、第１のメッシュに対して外側に位置するように第２のメッシュが張られており、第２のメッシュには、第１のメッシュに印加される電位よりも絶対値が小さくなるように、かつ第１のメッシュに印加される電位と極性が逆となるように、正電位及び負電位が選択的に印加されることを特徴とする。
このイオン検出装置では、イオン進入口を介して筐体内に正イオンが進入すると、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。一方、イオン進入口を介して筐体内に負イオンが進入すると、当該負イオンは、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層に衝突する。この負イオンの衝突により導電層から正イオンが放出され、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。このように、筐体内に正イオンが進入した場合には勿論、筐体内に負イオンが進入した場合にも、当該負イオンが導電層で正イオンに変換されるので、負電位が印加されたコンバージョンダイノードにて正イオンから二次電子への変換が実現され、その結果、正イオン及び負イオンから二次電子への変換効率の低下が抑制される。よって、このイオン検出装置によれば、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることが可能となる。
また、イオン進入口には、正電位及び負電位が選択的に印加される第１のメッシュが張られている。これによれば、筐体内に正イオンを進入させて当該正イオンを検出する場合には、第１のメッシュに負電位を印加することで、イオン進入口内への正の電界の形成を抑制し、コンバージョンダイノードにおける正イオンの入射効率をより一層向上させることができる。一方、筐体内に負イオンを進入させて当該負イオンを検出する場合には、第１のメッシュに正電位を印加することで、イオン進入口内への負の電界の形成を抑制し、導電層における負イオンの入射効率をより一層向上させることができる。
さらに、イオン進入口には、第１のメッシュに対して外側に位置するように第２のメッシュが張られており、第２のメッシュには、第１のメッシュに印加される電位よりも絶対値が小さくなるように、かつ第１のメッシュに印加される電位と極性が逆となるように、正電位及び負電位が選択的に印加されている。これによれば、筐体内に正イオンを進入させて当該正イオンを検出する場合には、第２のメッシュに正電位を印加することで、エネルギーの比較的低い正イオンを追い返して、エネルギーの比較的高い正イオンのみを通過させることができる。このとき、負イオンは、負電位が印加された第１のメッシュによって追い返される。一方、筐体内に負イオンを進入させて当該負イオンを検出する場合には、第２のメッシュに負電位を印加することで、エネルギーの比較的低い負イオンを追い返して、エネルギーの比較的高い負イオンのみを通過させることができる。このとき、正イオンは、正電位が印加された第１のメッシュによって追い返される。ノイズとなるイオンのエネルギーは、検出すべきイオンのエネルギーに比べて低いことが多い。従って、エネルギーの比較的低いイオンの筐体内への進入を防止することで、イオン検出装置のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明のイオン検出装置は、正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、正イオン及び負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、筐体内に配置され、コンバージョンダイノードと対向しかつコンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、二次電子の入射に応じてシンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、筐体内には、コンバージョンダイノード及び導電層に対してイオン進入口側に位置するように、かつ、イオン進入口側から見た場合に、コンバージョンダイノードと導電層とが対向する方向に略直交する方向においてイオン進入口を挟むように、筐体と同電位とされる一対の電極部材が配置されていることを特徴とする。
このイオン検出装置では、イオン進入口を介して筐体内に正イオンが進入すると、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。一方、イオン進入口を介して筐体内に負イオンが進入すると、当該負イオンは、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層に衝突する。この負イオンの衝突により導電層から正イオンが放出され、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。このように、筐体内に正イオンが進入した場合には勿論、筐体内に負イオンが進入した場合にも、当該負イオンが導電層で正イオンに変換されるので、負電位が印加されたコンバージョンダイノードにて正イオンから二次電子への変換が実現され、その結果、正イオン及び負イオンから二次電子への変換効率の低下が抑制される。よって、このイオン検出装置によれば、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることが可能となる。
また、筐体内には、コンバージョンダイノード及び導電層に対してイオン進入口側に位置するように、かつ、イオン進入口側から見た場合に、コンバージョンダイノードと導電層とが対向する方向に略直交する方向においてイオン進入口を挟むように、筐体と同電位とされる一対の電極部材が配置されている。これによれば、例えば一対の電極部材が対向する方向を長手方向とする断面形状を有するようにイオン進入口が形成されていても、コンバージョンダイノードへの正イオンの軌道、及び導電層への負イオンの軌道を収束し、コンバージョンダイノードにおける正イオンの入射効率、及び導電層における負イオンの入射効率をより一層向上させることができる。
【００１２】
また、本発明のイオン検出装置は、正イオン及び負イオンを検出するイオン検出装置であって、正イオン及び負イオンを進入させるイオン進入口が設けられた筐体と、筐体内に配置され、負電位が印加されるコンバージョンダイノードと、筐体内に配置され、コンバージョンダイノードと対向しかつコンバージョンダイノードから放出された二次電子が入射する電子入射面を有するシンチレータと、電子入射面に形成され、正電位が印加される導電層と、二次電子の入射に応じてシンチレータで発せられた光を検出する光検出器と、を備え、筐体には、シンチレータが接続された一端、及び光検出器が接続された他端を有するライトガイドが貫通しており、ライトガイドにおける一端側の第１の部分は、第１の導電膜に覆われ、ライトガイドにおける他端側の第２の部分は、第２の導電膜に覆われ、ライトガイドにおける第１の部分と第２の部分との間の第３の部分は、絶縁膜に覆われていることを特徴とする。
このイオン検出装置では、イオン進入口を介して筐体内に正イオンが進入すると、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。一方、イオン進入口を介して筐体内に負イオンが進入すると、当該負イオンは、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層に衝突する。この負イオンの衝突により導電層から正イオンが放出され、当該正イオンは、負電位が印加されたコンバージョンダイノードに向かって進行し、コンバージョンダイノードに衝突する。この正イオンの衝突によりコンバージョンダイノードから二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位が印加された導電層に向かって進行し、導電層を透過した後、電子入射面を介してシンチレータに入射する。この二次電子の入射によりシンチレータで光が発せられると、当該光は、光検出器で検出される。このように、筐体内に正イオンが進入した場合には勿論、筐体内に負イオンが進入した場合にも、当該負イオンが導電層で正イオンに変換されるので、負電位が印加されたコンバージョンダイノードにて正イオンから二次電子への変換が実現され、その結果、正イオン及び負イオンから二次電子への変換効率の低下が抑制される。よって、このイオン検出装置によれば、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることが可能となる。
また、筐体には、シンチレータが接続された一端、及び光検出器が接続された他端を有するライトガイドが貫通しており、ライトガイドにおける一端側の第１の部分は、第１の導電膜に覆われ、ライトガイドにおける他端側の第２の部分は、第２の導電膜に覆われ、ライトガイドにおける第１の部分と第２の部分との間の第３の部分は、絶縁膜に覆われている。これによれば、第１及び第２の導電膜によって、外部からライトガイドに光が入射するのを防止することができる。さらに、絶縁膜によって、第１の導電膜と第２の導電膜とを絶縁することができる。
【００１３】
さらに、第３の部分は、絶縁膜を介して第３の導電膜に覆われていてもよい。これによれば、絶縁膜の遮光性が低い場合であっても、第３の導電膜によって、外部からライトガイドに光が入射するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態のイオン検出装置の縦断面図である。
【図２】等電位面並びにイオン及び二次電子の軌道が表された図１のイオン検出装置の縦断面図である。
【図３】等電位面並びにイオン及び二次電子の軌道が表された他のイオン検出装置の縦断面図である。
【図４】等電位面並びにイオン及び二次電子の軌道が表された他のイオン検出装置の縦断面図である。
【図５】等電位面並びにイオン及び二次電子の軌道が表された他のイオン検出装置の縦断面図である。
【図６】等電位面並びにイオン及び二次電子の軌道が表された他のイオン検出装置の縦断面図である。
【図７】等電位面並びにイオン及び二次電子の軌道が表された他のイオン検出装置の縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のイオン検出装置の縦断面図である。
【図９】図８のイオン検出装置のIX−IX線に沿っての断面図である。
【図１０】イオン及び二次電子の軌道が表された図８のイオン検出装置の縦断面図である。
【図１１】イオン及び二次電子の軌道が表された他のイオン検出装置の縦断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態のイオン検出装置の縦断面図である。
【図１３】イオンの軌道が表された図１２のイオン検出装置の縦断面図である。
【図１４】各実施形態のイオン検出装置のライトガイドの縦断面図である。
【図１５】各実施形態のイオン検出装置の他のライトガイドの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
【００１８】
図１に示されるように、イオン検出装置１は、ＳＵＳ（ステンレス鋼）からなる直方体箱状のチャンバ（筐体）２を備えている。チャンバ２の側壁２ａには、正イオン及び負イオンを進入させる断面円形状のイオン進入口３が設けられている。側壁２ａと対向するチャンバ２の側壁２ｂには、イオン進入口３と対向する開口４が設けられている。チャンバ２の外表面は、側壁２ａを除いて、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹脂からなる絶縁部材５で覆われている。絶縁部材５には、チャンバ２の開口４と重なるように開口６が設けられている。絶縁部材５の底壁５ｂは、外向きフランジ状に形成されている。底壁５ｂには、例えば真空引きされる装置内（質量分析装置内等）の所定の位置にイオン検出装置１を取り付けるための取付け板７がねじ等により固定されている。
【００１９】
チャンバ２内には、ＳＵＳからなる円柱状のコンバージョンダイノード８（以下、本実施形態では、単に「ダイノード８」という）が配置されている。ダイノード８は、チャンバ２の天壁２ｃに設けられた開口を介して、絶縁部材５の天壁５ａにねじ等により固定されている。さらに、チャンバ２内には、プラスチックシンチレータからなる円柱状のシンチレータ１１が配置されている。シンチレータ１１は、チャンバ２の底壁２ｄを貫通するライトガイド１２の一端１２ａに接続されている。ライトガイド１２は、チャンバ２の底壁２ｄ、絶縁部材５の底壁５ｂ及び取付け板７を貫通した状態で、取付け板７にねじ等により固定されている。
【００２０】
シンチレータ１１は、ダイノード８と対向しかつダイノード８から放出された二次電子が入射する電子入射面１１ａを有している。電子入射面１１ａには、いわゆるメタルバックとして、アルミニウムからなる膜状（例えば厚さ５０ｎｍ〜６０ｎｍ）の導電層１３が形成されている。ここで、ダイノード８の中心点と導電層１３の中心点とを結ぶ基準線ＲＬは、イオン進入口３の中心線ＣＬと略直交している。換言すれば、基準線ＲＬに略直交しかつ中心線ＣＬを含む所定の面を基準面ＲＰとすると、基準線ＲＬに略直交する基準面ＲＰが中心線ＣＬを含むように、イオン進入口３に対してダイノード８及び導電層１３が位置している。
【００２１】
シンチレータ１１の側面１１ｂには、導電層１３を包囲するように、ＳＵＳからなる電極層１４が形成されている。電極層１４は、導電層１３に電気的に接続されている。ライトガイド１２の他端１２ｂには、シンチレータ１１で発せられた光を電気信号に変換して検出する光電子増倍管（光検出器）１５が接続されている。また、チャンバ２内には、側壁２ａの内表面に沿うように、ＳＵＳからなるメッシュ（第１のメッシュ）１６が配置されている。メッシュ１６は、イオン進入口３の内側に張られている。さらに、チャンバ２内には、側壁２ｂの内表面に沿うように、ＳＵＳからなるメッシュ１７が配置されている。メッシュ１７は、開口４の内側に張られている。
【００２２】
以上のように構成されたイオン検出装置１では、チャンバ２及びメッシュ１７が接地されて０Ｖに維持される。ダイノード８には、チャンバ２及びメッシュ１７対して負電位（例えば−５ｋＶ）が印加される。一方、導電層１３及び電極層１４には、チャンバ２及びメッシュ１７対して正電位（例えば＋５ｋＶ）が印加される。メッシュ１６には、チャンバ２及びメッシュ１７対して正電位（例えば＋０．３ｋＶ）及び負電位（例えば−０．３ｋＶ）が選択的に印加される。
【００２３】
これにより、ダイノード８によって形成される負の等電位面と導電層１３によって形成される正の等電位面とが基準面ＲＰの面に関して略対称とされる。つまり、少なくとも基準面ＲＰと基準線ＲＬとの交点近傍（すなわち、イオン進入口３の中心線ＣＬと基準線ＲＬとの交点近傍）は、略０Ｖとされる。
【００２４】
イオン検出装置１において正イオンを検出する場合、メッシュ１６には負電位（例えば−０．３ｋＶ）が印加される。そして、イオン進入口３を介してチャンバ２内に正イオンが進入すると、当該正イオンは、負電位（例えば−５ｋＶ）が印加されたダイノード８に向かって進行し、ダイノード８に衝突する。この正イオンの衝突によりダイノード８から二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位（例えば＋５ｋＶ）が印加された導電層１３に向かって進行し、導電層１３を透過した後、電子入射面１１ａを介してシンチレータ１１に入射する。この二次電子の入射に応じてシンチレータ１１で光が発せられると、当該光は、ライトガイド１２を介して光電子増倍管１５で検出される。
【００２５】
一方、イオン検出装置１において負イオンを検出する場合、メッシュ１６には正電位（例えば＋０．３ｋＶ）が印加される。そして、イオン進入口３を介してチャンバ２内に負イオンが進入すると、当該負イオンは、正電位（例えば＋５ｋＶ）が印加された導電層１３に向かって進行し、導電層１３に衝突する（負イオンは、二次電子に比べ大きいため、導電層１３を透過しない）。この負イオンの衝突により導電層１３から正イオンが放出され、当該正イオンは、負電位（例えば−５ｋＶ）が印加されたダイノード８に向かって進行し、ダイノード８に衝突する。この正イオンの衝突によりダイノード８から二次電子が放出されると、当該二次電子は、正電位（例えば＋５ｋＶ）が印加された導電層１３に向かって進行し、導電層１３を透過した後、電子入射面１１ａを介してシンチレータ１１に入射する。この二次電子の入射に応じてシンチレータ１１で光が発せられると、当該光は、ライトガイド１２を介して光電子増倍管１５で検出される。
【００２６】
以上のように、イオン検出装置１では、チャンバ２内に負イオンが進入した場合に、当該負イオンが導電層１３で正イオンに変換される。そのため、チャンバ２内に正イオンが進入した場合には勿論、チャンバ２内に負イオンが進入した場合にも、ダイノード８にて正イオンから二次電子への変換が実現され、その結果、正イオン及び負イオンから二次電子への変換効率の低下が抑制される。よって、イオン検出装置１によれば、正イオン及び負イオンの検出効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
つまり、イオン検出装置１では、導電層１３で覆われたシンチレータ１１を負イオン用のコンバージョンダイノードのように機能させることで、ダイノード８が１つで済み、かつダイノード８に印加する電位の極性を変化させることが不要となる。しかも、ダイノード８に負電位が印加されると共に導電層１３に正電位が印加されるので、その差分の大きな加速電圧（±５ｋＶの場合、１０ｋＶの加速電圧）が得られる。
【００２８】
また、イオン検出装置１では、ダイノード８によって形成される負の等電位面と導電層１３によって形成される正の等電位面とが基準面ＲＰの面に関して略対称とされている。これにより、ダイノード８への正イオンの軌道、導電層１３への負イオンの軌道、及びシンチレータ１１への二次電子の軌道が収束され、ダイノード８における正イオンの入射効率、導電層１３における負イオンの入射効率、及びシンチレータ１１における二次電子の入射効率が向上させられている。
【００２９】
また、イオン検出装置１では、チャンバ２内に正イオンを進入させて当該正イオンを検出する場合に、メッシュ１６に負電位が印加される。これにより、イオン進入口３内への正の等電位面（正の電界）の形成が抑制される。従って、チャンバ２内に正イオンが進入する場合におけるメッシュ１６への負電位の印加は、ダイノード８における正イオンの入射効率の向上に寄与する。一方、イオン検出装置１では、チャンバ２内に負イオンを進入させて当該負イオンを検出する場合に、メッシュ１６に正電位が印加される。これにより、イオン進入口３内への負の等電位面（負の電界）の形成が抑制される。従って、チャンバ２内に負イオンが進入する場合におけるメッシュ１６への正電位の印加は、導電層１３における負イオンの入射効率の向上に寄与する。
【００３０】
さらに、イオン検出装置１では、正電位が印加される電極層１４が導電層１３を包囲するようにシンチレータ１１に形成されている。これにより、チャンバ２内に負イオンが進入した場合に、負イオンの衝突により導電層１３から放出された正イオンの発散が抑制される。従って、電極層１４は、チャンバ２内に負イオンが進入する場合において、ダイノード８における正イオンの入射効率の向上に寄与する。
【００３１】
なお、イオン検出装置１では、イオン進入口３と対向する位置に開口４及び開口６が設けられており、開口４の内側に張られたメッシュ１７が０Ｖに維持される。これにより、ダイノード８及び導電層１３に収束する静電レンズが形成されるので、ニュートラル等に起因したノイズの発生が防止される。
【００３２】
次に、ダイノード８における正イオンの入射効率（以下、「ダイノード８での入射効率」という）、導電層１３における負イオンの入射効率（以下、「導電層１３での入射効率」という）、及びシンチレータ１１における二次電子の入射効率（以下、「シンチレータ１１での入射効率」という）、並びに正イオン及び負イオンの検出効率（以下、「イオンの検出効率」という）の解析結果について説明する。
【００３３】
上述したイオン検出装置１については、表１の解析結果が得られた。このイオン検出装置１では、図２に示されるように、基準面ＲＰからダイノード８のイオン衝突面８ａまでの距離と、基準面ＲＰから導電層１３のイオン衝突面１３ａまでの距離とを略等しくした。ここで、距離Ｌは１４ｍｍである。また、チャンバ２及びメッシュ１７を接地して０Ｖに維持した。ダイノード８には、−５ｋＶの負電位を印加した。一方、導電層１３及び電極層１４には、＋５ｋＶの正電位を印加した。メッシュ１６には、図２（ａ）に示されるように正イオンを検出する場合には、−０．３ｋＶの負電位を印加し、図２（ｂ）に示されるように負イオンを検出する場合には、＋０．３ｋＶの正電位を印加した。
【表１】
0005818542.tif 000002
【００３４】
表１に示されるように、イオン検出装置１では、いずれの入射効率及び検出効率も９９％を超えるという、極めて良好な解析結果が得られた。ここで、導電層１３での入射効率とは、「イオン進入口３を介してチャンバ２内に進入した負イオン」に対する「導電層１３に到達した負イオン」の割合である。ダイノード８での入射効率とは、「イオン進入口３を介してチャンバ２内に進入した正イオン」に対する「ダイノード８に到達した正イオン」の割合（図２（ａ）の場合）、或いは「導電層１３から放出された正イオン」に対する「ダイノード８に到達した正イオン」の割合（図２（ｂ）の場合）である。シンチレータ１１での入射効率とは、「ダイノード８から放出された二次電子」に対する「シンチレータ１１に到達した二次電子」の割合である。イオンの検出効率とは、「イオン進入口３を介してチャンバ２内に進入した正イオン」に対する「シンチレータ１１に到達した二次電子」の割合（図２（ａ）の場合）、或いは「イオン進入口３を介してチャンバ２内に進入した負イオン」に対する「シンチレータ１１に到達した二次電子」の割合（図２（ｂ）の場合）である。
【００３５】
図３のイオン検出装置１Ａについては、表２の解析結果が得られた。このイオン検出装置１Ａは、図３に示されるように、メッシュ１６が設けられていない点で、上述したイオン検出装置１と異なっている。表２に示されるように、イオン検出装置１Ａでは、メッシュ１６が設けられていなくても、正イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が６０％を超え、負イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が５０％を超えるという、良好な解析結果が得られた。表１の解析結果と表２の解析結果とを比較すると、正イオンを検出する場合におけるメッシュ１６への負電位の印加がダイノード８での入射効率の向上に寄与し、一方、負イオンを検出する場合におけるメッシュ１６への正電位の印加が導電層１３での入射効率の向上に寄与していることが分かる。
【表２】
0005818542.tif 000003
【００３６】
図４のイオン検出装置１Ｂについては、表３の解析結果が得られた。このイオン検出装置１Ｂは、図４に示されるように、電極層１４が設けられていない点で、上述したイオン検出装置１と異なっている。表３に示されるように、イオン検出装置１Ｂでは、電極層１４が設けられていなくても、正イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が９９％を超え、負イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が６０％を超えるという、良好な解析結果が得られた。表１の解析結果と表３の解析結果とを比較すると、負イオンを検出する場合において電極層１４がダイノード８での入射効率の向上に寄与していることが分かる。なお、電極層１４は、導電層１３を包囲するように配置されていれば複数に分割されていてもよい。
【表３】
0005818542.tif 000004
【００３７】
図５のイオン検出装置１Ｃについては、表４の解析結果が得られた。このイオン検出装置１Ｃは、図５に示されるように、基準面ＲＰからダイノード８のイオン衝突面８ａまでの距離が、基準面ＲＰから導電層１３のイオン衝突面１３ａまでの距離よりも１ｍｍだけ長い点、及びダイノード８に−６ｋＶの負電位を印加した点で、上述したイオン検出装置１と異なっている。表４に示されるように、イオン検出装置１Ｃでは、いずれの入射効率及び検出効率も９９％を超えるという、極めて良好な解析結果が得られた。
【表４】
0005818542.tif 000005
【００３８】
図６のイオン検出装置１Ｄについては、表５の解析結果が得られた。このイオン検出装置１Ｄは、図６に示されるように、基準面ＲＰからダイノード８のイオン衝突面８ａまでの距離が、基準面ＲＰから導電層１３のイオン衝突面１３ａまでの距離よりも２ｍｍだけ長い点、及びダイノード８に−６ｋＶの負電位を印加した点で、上述したイオン検出装置１と異なっている。表５に示されるように、イオン検出装置１Ｄでは、正イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が９９％を超え、負イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が９０％を超えるという、極めて良好な解析結果が得られた。
【表５】
0005818542.tif 000006
【００３９】
図７のイオン検出装置１Ｅについては、表６の解析結果が得られた。このイオン検出装置１Ｅは、図７に示されるように、基準面ＲＰからダイノード８のイオン衝突面８ａまでの距離が、基準面ＲＰから導電層１３のイオン衝突面１３ａまでの距離よりも３ｍｍだけ長い点、及びダイノード８に−６ｋＶの負電位を印加した点で、上述したイオン検出装置１と異なっている。表６に示されるように、イオン検出装置１Ｅでは、正イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が９９％を超え、負イオンを検出する場合にはイオンの検出効率が８０％を超えるという、極めて良好な解析結果が得られた。
【表６】
0005818542.tif 000007
【００４０】
ここで、図５〜図７のイオン検出装置１Ｃ〜１Ｅについての表４〜表６の解析結果から次のことがいえる。すなわち、基準線ＲＬに略直交する基準面ＲＰがイオン進入口３の中心線ＣＬを含むように、イオン進入口３に対してダイノード８及び導電層１３を位置させ、かつ、ダイノード８によって形成される負の等電位面と導電層１３によって形成される正の等電位面とが基準面ＲＰに関して略対称となるように、ダイノード８に負電位を印加すると共に導電層１３に正電位を印加すればよいといえる。具体的には、基準面ＲＰからダイノード８のイオン衝突面８ａまでの距離が大きくなるほど、ダイノード８に印加する負電位の絶対値を大きくし、基準面ＲＰから導電層１３のイオン衝突面１３ａまでの距離が大きくなるほど、導電層１３に印加する正電位の絶対値を大きくすればよい。
［第２の実施形態］
【００４１】
図８及び図９に示されるように、イオン検出装置１０は、イオン進入口３を介してチャンバ２内に進入する正イオン及び負イオンの軌道を収束するための一対の電極部材１８がチャンバ２内に配置されている点で、上述したイオン検出装置１と主に相違している。
【００４２】
一対の電極部材１８は、イオン進入口３を介してチャンバ２内に進入する正イオン及び負イオンの進行方向において、メッシュ１６の下流側かつダイノード８及び導電層１３の上流側（ここでは、メッシュ１６の直後）に位置している。つまり、一対の電極部材１８は、ダイノード８及び導電層１３に対してイオン進入口３側に位置している。さらに、一対の電極部材１８は、イオン進入口３側から見た場合に、ダイノード８と導電層１３とが対向する方向に略直交する方向（すなわち、基準線ＲＬ及び中心線ＣＬに略直交する方向）においてイオン進入口３を挟んでいる。
【００４３】
各電極部材１８は、矩形状の断面形状を有する柱状の部材であり、例えばＳＵＳ等の金属からなる。各電極部材１８は、チャンバ２の側壁２ｅの内表面に接触した状態で、チャンバ２の天壁２ｃと底壁２ｄとの間に掛け渡されており、チャンバ２と物理的かつ電気的に接続されている。これにより、各電極部材１８は、チャンバ２と同電位（すなわち、０Ｖ）とされる。なお、電極部材１８の断面形状は、矩形状に限定されず、円形状等であってもよい。また、ダイノード８と導電層１３とが対向する方向における電極部材１８の長さは、当該方向におけるイオン進入口３の幅以上であればよい。
【００４４】
ここで、イオン進入口３は、一対の電極部材１８が対向する方向（すなわち、基準線ＲＬ及び中心線ＣＬに略直交する方向）を長手方向とする矩形状の断面形状を有するように形成されている。なお、イオン進入口３の断面形状は、一対の電極部材１８が対向する方向を長手方向とする断面形状であれば、楕円形状や長円形状等であってもよい。
【００４５】
以上のように構成されたイオン検出装置１０によれば、上述したイオン検出装置１と同様の効果に加え、次のような効果が奏される。すなわち、イオン検出装置１０によれば、一対の電極部材１８が対向する方向を長手方向とする断面形状を有するようにイオン進入口３が形成されていても、ダイノード８への正イオンの軌道、及び導電層１３への負イオンの軌道を収束し、ダイノード８における正イオンの入射効率、及び導電層１３における負イオンの入射効率をより一層向上させることができる。
【００４６】
次に、ダイノード８における正イオンの入射効率（以下、「ダイノード８での入射効率」という）、及びシンチレータ１１における二次電子の入射効率（以下、「シンチレータ１１での入射効率」という）、並びに正イオンの検出効率の解析結果について説明する。なお、導電層１３における負イオンの入射効率、及び負イオンの検出効率の解析結果については、正イオンの場合と同等であるため、省略する。
【００４７】
ここでは、図１０に示されるように、上述したイオン検出装置１０を準備した。このイオン検出装置１０においては、一対の電極部材１８が対向する方向を長手方向とする矩形状の断面形状を有するようにイオン進入口３を形成し、その長手方向におけるイオン進入口３の幅をダイノード８及び電極層１４の外径の約１．６倍とした。また、図１１に示されるように、電極部材１８が設けられていない点でのみイオン検出装置１０と相違するイオン検出装置１０Ａを準備した。そして、チャンバ２及びメッシュ１７（イオン検出装置１０では、さらに電極部材１８）を接地して０Ｖに維持した。ダイノード８には、−５ｋＶの負電位を印加した。一方、導電層１３及び電極層１４には、＋５ｋＶの正電位を印加した。メッシュ１６には、−０．５ｋＶの負電位を印加した。
【００４８】
その結果、イオン検出装置１０，１０Ａのそれぞれについて、表７の解析結果が得られた。表７に示されるように、イオン検出装置１０Ａでは、電極部材１８が設けられていないものの、ダイノード８での入射効率が９０％を超えるという、良好な解析結果が得られた。これに対し、イオン検出装置１０では、ダイノード８での入射効率及び正イオンの検出効率が９９％を超えるという、さらに良好な解析結果が得られた。これらの解析結果を比較すると、電極部材１８の存在が、ダイノード８での入射効率、延いては正イオンの検出効率の向上に寄与していることが分かる（導電層１３における負イオンの入射効率、及び負イオンの検出効率についても、同様である）。図１０（ｃ）と図１１（ｃ）とを比較しても、図１０（ｃ）に示された正イオンの軌道においてはその外側の部分もダイノード８に収束しているのに対し、図１１（ｃ）に示された正イオンの軌道においてはその外側の部分がダイノード８に収束していないことが分かる。
【表７】
0005818542.tif 000008
［第３の実施形態］
【００４９】
図１２に示されるように、イオン検出装置２０は、イオン進入口３にメッシュ（第２のメッシュ）１９が張られている点で、上述したイオン検出装置１と主に相違している。
【００５０】
メッシュ１９は、ＳＵＳからなり、チャンバ２の側壁２ａの外表面に沿うようにイオン進入口３の外側に張られている。つまり、メッシュ１９は、メッシュ１６に対して外側に位置している。メッシュ１９には、メッシュ１６に印加される電位よりも絶対値が小さくなるように、かつメッシュ１６に印加される電位と極性が逆となるように、正電位及び負電位が選択的に印加される。例えば、正イオンを検出する場合には、内側のメッシュ１６に−３００Ｖの負電位を印加し、外側のメッシュ１９に＋２０Ｖの正電位を印加する。一方、負イオンを検出する場合には、内側のメッシュ１６に＋３００Ｖの正電位を印加し、外側のメッシュ１９に−２０Ｖの負電位を印加する。
【００５１】
以上のように構成されたイオン検出装置２０によれば、上述したイオン検出装置１と同様の効果に加え、次のような効果が奏される。すなわち、イオン検出装置２０によれば、チャンバ２内に正イオンを進入させて当該正イオンを検出する場合には、外側のメッシュ１９に正電位を印加することで、図１３（ａ）に示されるように、エネルギーの比較的低い正イオンＰＩ（ｌ）を追い返して、エネルギーの比較的高い正イオンＰＩ（ｈ）のみを通過させることができる。このとき、負イオンＮＩは、負電位が印加された内側のメッシュ１６によって追い返される。一方、チャンバ２内に負イオンを進入させて当該負イオンを検出する場合には、外側のメッシュに負電位を印加することで、図１３（ｂ）に示されるように、エネルギーの比較的低い負イオンＮＩ（ｌ）を追い返して、エネルギーの比較的高い負イオンＮＩ（ｈ）のみを通過させることができる。このとき、正イオンＰＩは、正電位が印加された内側のメッシュ１６によって追い返される。このように、検出すべきイオンのうちエネルギーの比較的低いイオンのチャンバ２内への進入を防止することができるため、イオン検出装置２０のＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００５２】
なお、正イオンを検出する場合に外側のメッシュ１９に印加する電圧の値は、ノイズとして追い返すべき負イオンのエネルギーの最大値に応じて、例えば＋５Ｖ〜＋１００Ｖという範囲で適宜調整することができる。同様に、負イオンを検出する場合に外側のメッシュ１９に印加する電圧の値は、ノイズとして追い返すべき正イオンのエネルギーの最大値に応じて、例えば−５Ｖ〜−１００Ｖという範囲で適宜調整することができる。
【００５３】
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、二次電子の入射に応じてシンチレータ１１で発せられた光を検出することができるものであれば、光電子増倍管１５に代えて、他の光検出器を用いてもよい。
【００５４】
また、図１４に示されるように、ライトガイド１２における一端１２ａ側の部分（第１の部分）１２１を導電膜（第１の導電膜）２１で覆い、ライトガイド１２における他端１２ｂ側の部分（第２の部分）１２２を導電膜（第２の導電膜）２２で覆い、ライトガイド１２における部分１２１と部分１２２との間の部分（第３の部分）１２３を絶縁膜２３で覆ってもよい。さらに、部分１２３を、絶縁膜２３を介して導電膜（第３の導電膜）２４で覆ってもよい。ここでは、導電膜２４は、導電膜２２と一体的に形成されている。つまり、導電膜２４は、導電膜２２に接続されている一方で、導電膜２１から分離されている。なお、導電膜２１，２２，２４は、例えばアルミニウム等の金属からなり、絶縁膜２３は、例えばポリイミド等の樹脂からなる。
【００５５】
このように構成されたライトガイド１２によれば、導電膜２１，２２，２４によって、外部からライトガイド１２に光が入射するのを防止することができ、また、ライトガイド１２内の光が外部に漏れるのを防止して当該光を光電子増倍管１５に伝播することができる。さらに、絶縁膜２３によって、導電膜２１と導電膜２２とを絶縁することができる。このように、導電膜２１と導電膜２２を絶縁することで、光電子増倍管１５をシンチレータ１１（導電層１３）に対して電気的に独立させることができる。
【００５６】
なお、導電膜２４は、導電膜２１と一体的に形成されていてもよい。つまり、導電膜２４は、導電膜２１に接続されている一方で、導電膜２２から分離されていてもよい。或いは、図１５（ａ）に示されるように、導電膜２４は、導電膜２１及び導電膜２２の両方から分離されていてもよい。また、図１５（ｂ）に示されるように、絶縁膜２３が十分な遮光性を有する場合には、部分１２３を絶縁膜２３のみで覆ってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，１０，２０…イオン検出装置、２…チャンバ（筐体）、３…イオン進入口、８…コンバージョンダイノード、１１…シンチレータ、１１ａ…電子入射面、１２…ライトガイド、１２ａ…一端、１２ｂ…他端、１２１…部分（第１の部分）、１２２…部分（第２の部分）、１２３…部分（第３の部分）、１３…導電層、１４…電極層、１５…光電子増倍管（光検出器）、１６…メッシュ（第１のメッシュ）、１８…電極部材、１９…メッシュ（第２のメッシュ）、２１…導電膜（第１の導電膜）、２２…導電膜（第２の導電膜）、２３…絶縁膜、２４…導電膜（第３の導電膜）、ＲＬ…基準線、ＣＬ…中心線、ＲＰ…基準面（所定の面）。
【図１】
0005818542.tif 000009
【図２】
0005818542.tif 000010
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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