(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定範囲のエネルギーを有する荷電粒子を分析するように設けられた荷電粒子エネルギー分析装置において、
予め定められた方位角範囲全体において静電集束手段の長手方向軸のまわりに延びる内部及び外部規定手段を含む静電集束手段、
前記内部及び外部規定手段の間で前記静電集束手段によって使用中に生成された静電集束電界内へと前記荷電粒子を誘導するための荷電粒子源、及び
前記静電集束手段により集束された荷電粒子を受け取り、かつ検出するために位置づけられた検出手段、を含み、
前記静電集束電界は、前記長手方向軸のまわりで延びる等電位線によって規定され、前記等電位線は、前記長手方向軸の方向において単調な直線的変動を有し、前記長手方向軸に直交する半径方向において単調な対数的変動を有し、
異なるエネルギーをもつ荷電粒子は、前記静電集束電界により、前記検出手段の表面上の異なる各々の離散的位置の焦点に導かれる、
ことを特徴とする荷電粒子エネルギー分析装置。
【請求項２】
前記検出手段の表面が、前記長手方向軸を横断する方向に在り、前記異なるエネルギーをもつ電荷粒子は、前記長手方向軸を横断する前記表面上の異なる各々の離散的位置の焦点に導かれる、請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記表面が前記長手方向軸に直交している、請求項２に記載の分析装置。
【請求項４】
前記表面が平面である、請求項２に記載の分析装置。
【請求項５】
前記表面が曲面である、請求項２に記載の分析装置。
【請求項６】
前記表面が円錐状である、請求項５に記載の分析装置。
【請求項７】
前記表面が、静電集束電界を超えて零電界領域内にある、請求項２〜６のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項８】
異なるエネルギーをもつ前記荷電粒子が、前記軸の方向で互いから離隔した離散的位置で静電集束電界によって焦点まで導かれる、請求項１に記載の分析装置。
【請求項９】
前記荷電粒子源が、前記荷電粒子を前記軸に対して予め定められた仰角範囲全体にわたり前記静電集束電界に導びかれ、
かつ、前記予め定められた仰角範囲及び／又は前記荷電粒子源の軸方向の位置及び／又は前記静電集束電界の軸方向の位置が、前記荷電粒子の２次集束のために設定されるか又は調整可能である、請求項１に記載の分析装置。
【請求項１０】
前記等電位線が前記長手方向軸のまわりで対称的である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項１１】
前記静電集束手段が、前記長手方向軸のまわりの予め定められた方位角範囲にまたがる内部及び外部電界規定手段を含んで成り、前記外部電界規定手段が使用中、前記内部電界規定手段との関係において一定の電位に維持されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項１２】
前記内部電界規定手段及び前記外部電界規定手段がそれぞれ内部シリンダ及び外部シリンダを含んで成り、前記内部シリンダは使用中均一の電位に維持され、前記外部シリンダは使用中、前記軸方向に単調に変動する電位に維持されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項１３】
前記電位が長手方向に直線的に変動する、請求項１２に記載の分析装置。
【請求項１４】
前記外部シリンダが電気抵抗性の材料で作られている、請求項１３に記載の分析装置。
【請求項１５】
前記外部電界規定手段が複数の離散的電界規定要素を含んで成り、各々の前記要素が使用中、前記内部電界規定手段との関係において異なるそれぞれの電位に維持されている、請求項１１又は１２に記載の分析装置。
【請求項１６】
各々の前記電界規定要素がリング又はフープの形をしている、請求項１５に記載の分析装置。
【請求項１７】
各々の前記電界規定要素が中空の円錐台の形をしている、請求項１５に記載の分析装置。
【請求項１８】
前記外部電界規定手段が、各々電気抵抗性材料で作られ使用中長手方向に単調に増大するそれぞれの電位に維持されている複数の離散的電界規定要素を含んで成る、請求項１１又は１２に記載の分析装置。
【請求項１９】
各々の前記要素がシリンダの形状を有する、請求項１８に記載の分析装置。
【請求項２０】
各々の前記要素が中空の円錐台の形状を有する請求項１８に記載の分析装置。
【請求項２１】
前記軸に対して直交するそれぞれの平面内で前記内部及び外部電界規定手段の相対する端部にある第１及び第２の端部要素を内含し、前記第１及び第２の端部要素の各々が使用中、半径方向に対数的に変動する前記内部電界規定手段との関係において一定の電位に維持されている、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２２】
各々の前記端部要素が電気抵抗性材料で作られている、請求項２１に記載の分析装置。
【請求項２３】
各々の前記端部要素が、使用中各々異なるそれぞれの電位に維持される、複数の同心の導電性リングを含んで成る、請求項２１に記載の分析装置。
【請求項２４】
異なるエネルギーをもつ荷電粒子が、前記第１及び第２の端部要素のうちの１つの平面内の異なるそれぞれの離散的位置において静電集束電界によって焦点まで導かれる、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２５】
前記静電集束手段は、その中の電位の分布が前記軸のまわりの方位角の一関数として均等であるような形で構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２６】
前記静電集束手段は、その中の電位の分布が、ｎを整数とした場合前記長手方向軸を中心としてｎ倍の回転対称をもつような形で構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項２７】
前記内部電界規定手段及び／又は前記外部電界規定手段は、ｎを整数とした場合前記軸を中心としてｎ倍の回転対称をもつ、請求項１１又は１２に記載の分析装置。
【請求項２８】
前記内部電界規定手段が、ｎをその表面の数とした場合、前記長手方向軸を中心としてｎ倍の回転対称をもつ複数の平坦な側面を含んで成る、請求項２７に記載の分析装置。
【請求項２９】
前記荷電粒子が、前記側面のうちの単数又は複数のものに沿って互いから離隔した離散的位置で焦点まで導かれ、前記検出手段の表面は、集束された荷電粒子を検出するため前記単数又は複数の側面に位置設定されている、請求項２８に記載の分析装置。
【請求項３０】
前記荷電粒子が、前記内部電界規定手段に沿って互いから離隔した離散的位置で焦点まで導かれ、前記検出手段の表面は、集束された荷電粒子を検出するため前記内部電界規定手段に位置設定されかつこれに適合し、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項３１】
前記荷電粒子が前記軸において焦点まで導かれ、前記検出手段の表面は、集束された荷電粒子を検出するため前記軸上に位置設定されている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項３２】
前記荷電粒子源が前記長手方向軸上に位置設定されている、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項３３】
前記荷電粒子源が、前記長手方向軸上に位置設定された標的及び該標的上に放射線を誘導しかくして前記荷電粒子を生成するための手段を含んで成る、請求項３２に記載の分析装置。
【請求項３４】
前記荷電粒子源が前記軸上に位置設定された標的及び該標的上に放射線を誘導しかくして前記荷電粒子を生成するための手段を含んで成り、前記標的及び放射線を誘導するための前記手段が前記内部電界規定手段内に位置設定されている、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項３５】
前記放射線誘導手段が電子銃である、請求項３３又は３４に記載の分析装置。
【請求項３６】
前記荷電粒子源が、前記軸を中心として予め定められた方位角範囲全体にわたり前記静電集束電界内に荷電粒子を誘導する、請求項１〜３５のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項３７】
前記荷電粒子源が、全方位角範囲にわたり前記静電集束電界内に前記荷電粒子を誘導する、請求項３６に記載の分析装置。
【請求項３８】
前記荷電粒子源が、前記軸を中心にして２つ以上の離散的方位角範囲にわたり前記静電集束電界内に荷電粒子を誘導する、請求項１〜３５のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項３９】
前記荷電粒子源が、前記長手方向軸を中心にして単数又は複数の予め定められた方位角範囲にわたり前記静電集束電界内に荷電粒子を誘導し、前記荷電粒子が内部電界規定手段内の単数又は複数のウィンドウを通して静電集束電界に導き入れられる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項４０】
前記ウィンドウ又はその各々が導電グリッド又はメッシュの形状を有する、請求項３９に記載の分析装置。
【請求項４１】
前記荷電粒子源が、前記軸を中心にして２つ以上の予め定められた方位角範囲にわたり前記静電集束電界内に荷電粒子を誘導し、前記検出手段が各々の前記角範囲から誘導された荷電粒子を検出するべく構成され配置されている請求項１〜３５のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項４２】
前記検出手段には、多重チャンネルアレイ検出器、微小球アレイ検出器及び位置敏感抵抗プレート検出器が含まれている、請求項１〜４１のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項４３】
前記単数又は複数の検出器がリン被覆検出プレートを内蔵する、請求項４２に記載の分析装置。
【請求項４４】
前記荷電粒子源の軸方向位置を調整するための手段を内含する、請求項１〜４３のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項４５】
前記荷電粒子源との関係における静電集束電界の軸方向位置を変動させるべく前記電位を調整するための手段を内含する請求項１１に記載の分析装置。
【請求項４６】
前記荷電粒子源が、前記長手方向軸との関係における予め定められた仰角範囲にわたり前記静電集束電界上に荷電粒子を誘導するためにアパーチャ手段を内含している、請求項１〜４５のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項４７】
前記荷電粒子源の前記予め定められた仰角範囲及び／又は軸方向位置及び／又は静電集束電界の軸方向位置が、荷電粒子の２次集束用として設定されているか又はそれ用に調節可能である、請求項４６に記載の分析装置。
【請求項４８】
前記荷電粒子源が、前記軸からオフセットされた単数又は複数の場所から前記荷電粒子を誘導する、請求項１〜４７のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項４９】
前記荷電粒子源が、前記単数又は複数の場所において荷電粒子を集束するための手段を内含する、請求項４８に記載の分析装置。
【請求項５０】
前記荷電粒子源及び前記検出手段が、両方共前記軸と前記内部電界規定手段の間に位置設定されている、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項５１】
前記荷電粒子が、前記内部電界規定手段に沿って互いから離隔された離散的位置において焦点まで導かれ、前記検出手段には、内部電界規定手段の半径方向内側又は半径方向外側に位置設定された検出器及び前記集束された荷電粒子を前記検出器の表面上に集束させるための手段が含まれている、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項５２】
前記荷電粒子電源は、第１位置における実電源と、該第１位置と異なる第２位置で前記実電源により生成された荷電粒子の集束手段と、を有し、
前記荷電粒子源が、そこから前記荷電粒子が前記静電集束電界に誘導される前記第２位置に仮想電源を生成する、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項５３】
前記外部電界規定手段が前記長手方向軸を中心とする回転対称を有する曲面プレートを含んで成る、請求項１〜５２のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項５４】
前記曲面プレートが均等な電位に維持されている請求項５３に記載の分析装置。
【請求項５５】
前記１つの要素がゼロ電位に維持される、請求項２４に記載の分析装置。
【請求項５６】
請求項１〜５５のいずれか１項に記載の荷電粒子エネルギー分析装置を動作させる方法において、予め定められたエネルギー範囲内で一次集束モードでの動作のため前記静電集束手段に対し電圧を印加する段階及び、前記予め定められたエネルギー範囲内で選択されたより狭いエネルギー範囲での２次集束モードでの動作のため印加電圧を増減させる段階を、
含んで成ることを特徴とする方法。
【請求項５７】
前記予め定められた方位角範囲が全方位角範囲である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項５８】
前記内部及び外部電界規定手段にはそれぞれ内部円筒形セグメントと外部円筒形セグメントが含まれ、前記内部及び外部円筒形セグメントが予め定められた方位角範囲にわたって延びており、前記外部円筒形セグメントが使用中、長手方向に単調に変動する電位に維持されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の分析装置。
【請求項５９】
内部及び外部円筒形セグメントの長手方向側縁部が側壁により接合されている、請求項５８に記載の分析装置。
【請求項６０】
前記側壁がその内向き表面全体にわたり予め定められた電位分布を規定するように適合されている、請求項５９に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、荷電粒子エネルギー分析装置、特に、ただし専用的ではなく、広範囲のエネルギーをもつ同時に荷電された粒子を分析する能力をもつ荷電粒子エネルギー分析装置に関する。
〔発明の背景〕
荷電粒子光学系では、荷電粒子ビームのエネルギースペクトルを分析するために、さまざまなデバイスが利用可能であり、これらのデバイスは、荷電粒子光学という主題でさまざまな研究作業の中で広範に記述されていきた。例えば P.H. Hawkes及びE.Kasper著「電子光学の原理」（Academic Press, New York）１９８９，及びD.Roy 及び D.Tremblay による論文、Rep Prog Phys.５３，１６２１（１９９０）を参照のこと。オージェ電子表面分光学といったような数多くの応用分野において、単一のスペクトル内の有利なエネルギー範囲は、複数次数を網羅することができる。かかるスペクトルを得る従来の方法は、単一の検出器を用いてエネルギー範囲を通して走査することであった。より迅速な技術は、拡大された範囲のエネルギーを網羅するべく多重検出器及又は一連の検出器を使用し、次に連続的に又は段階的にスペクトルの全範囲を走査することにある。双曲電界分析装置を除く全ての既知の静電荷電粒子エネルギー分析装置において、任意の１時点に分析できるエネルギー範囲は小さく、エネルギー範囲対平均エネルギーの比率は標準的に０.１未満であると思われる。従って、段階的方法が使用される場合、所要段階数は少なくとも約１０である。
【０００２】
エネルギースペクトル全体を同時に分析できるようになれば有利であることは明白である。Rev. Sci. Instrum.７０．２２８２（１９９９）内でM.Jacka, M.Kirk, K.EI Gomati及びM. Pruttonによって記述されている双曲電界分析装置は、これを行なうことができる。しかしながら、双曲電界分析装置は、実質的に平面の幾何形状をもち、従って、狭い方位角範囲にわたり入射する荷電粒子を分析することしかできないという欠点に苦しんでいる。
〔発明の概要〕
本発明の第１の態様に従うと、一定範囲のエネルギーを有する荷電粒子を分析するための荷電粒子エネルギー分析装置において、長手方向軸をもつ静電集束手段、前記静電集束手段によって使用中に生成された静電集束電界内へと荷電粒子を誘導するための荷電粒子源、及び前記静電集束手段により集束された荷電粒子を検出するための検出手段を含んで成り、前記静電集束電界が、予め定められた方位角範囲全体にわたり前記長手方向軸のまわりに延びる等電位線によって規定され、異なるエネルギーをもつ荷電粒子が異なるそれぞれの離散的位置で静電集束電界により焦点まで導かれる、荷電粒子エネルギー分析装置が提供されている。
【０００３】
本発明のこの態様に従った荷電粒子エネルギー分析装置は、長手方向軸を中心にして全方位角範囲にわたり入射するか又は単数又は複数のより小さな方位角範囲にわたり入射する広範囲のエネルギーをもつ同時に荷電された粒子を分析する能力を有する。この特長の組合せにより、荷電粒子のエネルギースペクトルは、既知の分析装置を用いて可能であった速度よりもさらに迅速に測定できるようになり、又、角度情報を獲得することも可能となる。
【０００４】
本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置は同様に、比較的狭いエネルギー範囲をもつものの長手方向軸との関係において比較的広い仰角範囲の入射粒子である荷電粒子を集束できる２次集束モードにおいても使用することができる。
【０００５】
本発明のもう１つの態様に従うと、荷電粒子を分析するための荷電粒子エネルギー分析装置において、長手方向軸をもつ静電集束手段、前記静電集束手段によって使用中に生成された静電集束電界内へと荷電粒子を誘導するための荷電粒子源、及び前記静電集束手段により集束された荷電粒子を検出するための検出手段を含んで成り、前記静電集束電界が、予め定められた方位角範囲全体にわたり前記長手方向軸のまわりに延びる等電位線によって規定され、前記荷電粒子源は、前記長手方向軸との関係において予め定められた仰角範囲全体にわたり前記静電集束電界内に前記荷電粒子を誘導し、前記予め定められた仰角範囲及び／又は荷電粒子の軸方向位置及び／又は静電集束電界の軸方向位置は荷電粒子の２次集束のために設定されているか又は調整可能である、荷電粒子エネルギー分析装置が提供される。
【０００６】
ここで添付図面を参考にして、単なる一例として、本発明の実施形態を記述する。
〔好ましい実施形態の説明〕
以下の記述では、負の荷電粒子を分析するために印加電位の極性が選択され、図１〜１０の実施形態では、荷電粒子は電子であると仮定されている。当然のことながら印加電位の極性を反転させることによって、正の荷電粒子を分析することもできる、ということがわかるだろう。
【０００７】
ここで図面の図１及び２を参照すると、荷電粒子エネルギー分析装置は、長手方向軸ｚ−ｚを中心にして円筒形対称形である。分析装置は、その軸上にある局在化された電子源１，大地電位にある半径Ｒ1の内部シリンダ２，それぞれ左端部及び右端部で＋１０３９.７Ｖ〜−５１９８.６Ｖまで直線的に変動する電位降下が適用されるｚ＝−３Ｒ1及び１５Ｒ1の軸座標を有する端部をもつ半径Ｒ2＝４Ｒ1の外部シリンダ３，そして外縁部の＋１０３９.７Ｖからその内縁部の大地電位まで変動する電位降下が適用される第１の環状端部ディスク４，その外縁部の−５２９８.６Ｖからその内縁部の大地電位まで変動する電位降下が適用される第２の環状ディスク５及び、内部シリンダ２の外表面の一部を形成するか又はその表面の一部に適合する電子検出器６を含んで成る。図１は同様に、局在化された供給源１を起源とし内部シリンダと外部シリンダ２，３の間に作り出された静電集束電界によって検出器６上に集束される電子のいくつかの代表的曲線軌道７をも示している。この例示では、初期エネルギー１２５，２００，３００，５００，８００，１２５０，２０００及び３０００ｅＶをもつ電子は、長手方向で連続軸方向位置ｚ1，ｚ2…ｚ8において集束される。
【０００８】
この例においては、シリンダ２、３に加えられる電位は、Ｗ＝３４６．５７Ｖ（＝２５０ｌｎ４）として以下の方程式（１）から求められる。環状端部ディスク４、５に加えられる電位も同様に方程式（１）から求められ、非直線的である。方程式（１）から、シリンダ２，３間の等電位線が長手方向に単調に（この場合直線的に）かつ半径方向に対数的に変動することがわかる。
【０００９】
実際には、環状端部ディスク４，５は、電気抵抗の高い材料で作ることができる。代替的には、ディスクを使用する代りに、各々異なる均等な電位に維持されている複数の同心環状リングを用いて、所要電位降下を実現することもできる。供給源１の軸方向位置はｚs＝１.８５Ｒ1であり、電子ビームＢの中間発射仰角θx（上付きバー）は、長手方向軸ｚ-ｚに対し０.４７２rad（２７.０４°）であり、ビームの半角は、０.０１６rad（０.９１°）である。ビームの仰角範囲は、供給源１と内部シリンダ２の間に位置設定されたマスク（図示せず）の中に設けられた単数又は複数のアパーチャによって制御されうる。内部シリンダ２の電位は０Vであり、この実施形態において、ビームは、内部シリンダ２の入口領域を網羅する細かいメッシュ又はグリッドを通過すると仮定されている。
【００１０】
分析装置の特性は、加えられる電位及びエネルギーが合わせて直線的に増減する場合、変化しない。
【００１１】
すでに記述したとおり、外部シリンダ３に加えられる電位は、左端部の＋１０３９.７Ｖから右端部の−５１９８.６Ｖまで直線的に変動する。この直線的電位変動は、高抵抗率の材料から作られたシリンダ３を用いて実現することもできるし、或いは又代替的に、各々異なる均等な電位に維持された複数の導電性ループ又はリングを用いて、所要電位をシミュレートすることもできる。大地電位に維持される内部シリンダ２は導電性材料で作ることができる。シリンダ２，３間の領域内の電位の分布は、長手方向軸ｚ−ｚを中心とした方位角の関数として均等である。電位φ（ｒ，ｚ）は、以下の式により半径方向及び軸方向座標（ｒ，ｚ）で表現できる。
【００１２】
φ（ｒ，ｚ）＝−Ｗｚ  ｌnr／ｌnＲ2……（１）
なお式中、ｚ，ｒ及びＲ2は全てＲ1の単位で表現されている。
【００１３】
静電界内の運動方程式に対する分析的解は存在しないように思われることから、さまざまな実用的システムのためのラプラスの方程式を解くため及び粒子の軌道を得るための運動方程式を積分するため、ウェブサイトhttp://cpo.ph.man.uk上で利用可能な正確なＣＰＯ−２Ｄプログラムが使用された。
【００１４】
ここで再び図１及び２を参照すると、長手方向軸ｚ−ｚ上で供給源１から発出される電子は、エネルギー分析の後内部シリンダ２の表面上で集束し、電子は、内部シリンダ２の表面に適合するかその一部を成す湾曲した検出器アレイ６によってそこで検出される。
【００１５】
以下でより詳細に記述するように、電子ビームＢは、長手方向軸ｚ−ｚを中心にして予め定められた方位角範囲にまたがっている。この角範囲は、全方位角範囲であっても、単数又は複数のより小さな方位角範囲にあってもよく、検出器６は、これらの角範囲のうちの単数又は複数のものの中の電子について検出するべく構成されている。検出器６は、多重チャンネルアレイ検出器又は微小球プレート検出器又は位置感応性抵抗プレート検出器の形をとっていてもよいし又はその他の任意の適切な検出器形態であってもよい。
【００１６】
特定の一実施形態においては、荷電粒子源１は、長手方向軸ｚ−ｚ上に位置設定された標的及び、荷電粒子を生成するべく標的上に放射線を誘導するための照射デバイスを含んで成る。照射デバイスは例えば電子銃であってよく。内部シリンダ２内に位置設定され得る。
【００１７】
実際には、同じエネルギーをもつものの異なる仰角をもつ荷電粒子の軌道は、内部及び外部シリンダ２，３の間の領域内のわずかに異なる電界強度に対するその露呈によってひき起こされる分散を受ける可能性があり、これは集束された画像の鮮明度を低下させる。しかしながら、供給源１の軸方向位置ｚ及び荷電粒子ビームの中間発射仰角θx（上付きバー）は、問題の全エネルギー範囲にわたる静電界の分散効果を最小限におさえるべく最適化され得る。
【００１８】
エネルギーＥｉの荷電粒子により形成される画像の軸方向位置ｚｉは、以下の式により表現できる：
ｚｉ＝ｃ0＋ｃ2（θS−θ0）2……（２）
なお式中、ｃ0は、分散が全く無い場合の画像の軸方向位置であり、ｃ2は定数、θ0は、分散が存在する場合に軸方向位置ｃ0で焦点まで荷電粒子を導くのに必要とされる発進仰角であり、θSは、ビーム内の荷電粒子の軌道の発進角である。
【００１９】
最適な条件は、θ0が問題の全エネルギー範囲にわたり一定であるときに存在し、図１を参考にして記述されている実施形態においては、この条件は、ｚsが−１.８５Ｒ1に設定されたときにほぼ満たされる。表１は、８つの異なるエネルギーすなわち１２５ｅＶ，２００ｅＶ，３００ｅＶ，５００ｅＶ，８００ｅＶ，１２５０ｅＶ，２０００ｅＶ及び３０００ｅＶについてこの設定値を用いて得られる、θ0及びｚｉの結果として値を列挙している。適切な中間発射角θs（上付きバー）はこのとき０.４７２rad（２７.０４°）である。
【００２０】
この表からわかるように、θ0の値は、エネルギー範囲全体にわたり一定であり、θ0のわずかな不整合性は、供給源から受入れられる標準的角範囲よりも小さいものである。
【００２１】
図１には、軌道例のプロットが示されており、これらと同じ軌道が、選択された等電位線の輪郭と合わせて拡大された形で図２に示されている。
【００２２】
表１は同様に、相対エネルギーＥｄｚｉ／ｄＥ（Ｒ1との関係において正規化されたもの）及び一組のエネルギー分解能ΔＥ（ｗとの関係において正規化されたもの）の値も内含しており、これらのパラメータについてここで定義づけする。
【００２３】
上述の方程式（２）から、各エネルギーＥｉにおける画像の軸方向位置の広がりΔｚｉが式（３）によって与えられることが明白となるだろう：
Δｚｉ＝｜ｃ2｜（△θmax）2……（３）
なお式中△θmaxは、そのエネルギーについてのθ0からの（一定の与えられた範囲内の）軌道の最大角偏差である。軸位置のこの広がりは、以下の式によって与えられるエネルギーの広がり△Ｅとほぼ同等である：
△Ｅ＝０.５△ｚi／（ｄｚ／ｄＥ）……（４）
なお式中、係数０.５は、基本エネルギー幅をピークの半分の高さでの幅に変換するための近似として使用される。表１の最後の欄に列挙された△Ｅの値から明白であるように、この例の中の有用なエネルギー範囲は、少なくとも１０という係数を網羅する。
【００２４】
使用された供給源位置ｚs（−１.８５Ｒ1）について、θ0は、初期エネルギーＥがおよそ１０００ｅＶであるとき定常である（実際には最大）。実際には、Ｅsを移動させることによって、θ0が定常であるＥの値を変化させることが有用であるかもしれない。こうしてＥに対する△Ｅの依存性を幾分か制御できることになる。実際には、供給源１の軸方向位置を物理的に調整することによってか又は実際に外部シリンダに対してゼロ電位が適用される軸方向位置を変えることによって供給源との関係において静電界を軸方向に並進運動させることによってｚsの調整を容易にすることができる。
【００２５】
θ0をより恒常のものにするためその他のパラメータを変動させることが可能である。特に、外部シリンダ上の電圧の直線的変動を、わずかに非直線的な（ただし単調な）変動によって置換することができ、θの変動を最小限におさえるためにこの非直線的変動のパラメータを調整することになる。代替的には、電極の形状を、例えば、ディスク及びシリンダの代わりに円錐形の電極を使用することによって変えることもできる。
【００２６】
図１及び２を参考にして記述した分析装置は、長手方向軸を中心にした方位角の関数として均等である静電集束電界を生成する。しかしながら、これが必ずしもあてはまる必要はない。代替的には、電界は、ｎを整数として、長手方向軸を中心にしてｎ倍の回転対称を有することができる。多角形の横断面をもつ平坦な側面をもつ電極といったようなｎ倍対称をもつ管状部材で内部シリンダを置換することによって、かかる電界を生成することができる。この構成には、平坦な側面のうちの単数又は複数のものの上に検出器を容易に位置設定できるという利点がある。
【００２７】
本発明のもう１つの実現においては、外部シリンダは、（場合によって均等な）電位が適用されかつ図１及び２を参照して記述された実施形態の内部及び外部シリンダ２，３によって生成される直線的に変動する等電位線といったような長手方向に単調に変動する等電位線を作り出すように適切に整形された湾曲した軸対称プレートによって、置換される。
【００２８】
図１の実施形態においては、内部シリンダ２は、電子が静電集束電界に導き入れられるときに通る単数又は複数のウインドウを有する。該ウインドウ又はその各々は、所要方位角範囲をもつビームを限定するような形で寸法決定され整形され、縁効果を除去する一助となるよう、細かいメッシュ又はグリッドによりカバーされている。例えば、メッシュは、穴の正方形アレイで構成されていてもよいし或いは又ウインドウを横断して張り渡された長手ｚ方向に延びる平行なワイヤで作られていてもよい。これらの両方のタイプのメッシュの遮へい特性は、メッシュが生成する集束ずれ効果と同様に既知のものである。集束ずれは実際には、供給源のサイズの増大と同等である。
【００２９】
代替的には、供給源１と内部シリンダ２の間に位置設定されたマスク（図示せず）の中に具備された単数又は複数のアパーチャによって方位角範囲を限定することもできる。
【００３０】
一部の実用的利用分野では、方位角方向にスロットの形をした開放ウィンドウを使用することがより適切である場合もある。図３で示されているもう１つの実施形態においては、電子は、軸座標ｚ＝０.０５Ｒ1及び０.２４Ｒ1の間に延びる内部シリンダ２′内の開放スロット７′を通って静電集束電界に入る。外部シリンダ３′は、（内部シリンダの半径単位で）３Ｒ1の半径をもち、軸座標ｚ＝０及びｚ＝１０Ｒ1の間に延びる。左側端部は、大地電位でディスクにより閉じられている。前述のように、外部シリンダ及び右側端部ディスクに加えられる電位は方程式（１）により求められるが、ここではＷ＝２７４.６５Ｖ（２５０ｌｎ３）である。上述の方程式（２）に基づく上述の分析を適用することにより、供給源１の最適な軸方向位置は−１.８Ｒ1であることがわかり、最適な中間発進仰角θs（上付きバー）は０.４７６rad（２７.２５°）であることがわかっている。この分析の結果は表２に示されており、いくつかの軌道例が図３に示され、ここでは、１２５ｅＶ，２００ｅＶ，３００ｅＶ，８００ｅＶ，１２５０ｅＶ及び２０００ｅＶの初期エネルギーをもつ電子が、長手方向に連続する軸位置ｚ1，ｚ2…ｚ6で集束している。表１及び２のデータを比較することにより、入口アパーチャが開放したときにθの値がさらに少なく変動することがわかる。しかしながら、この形の分析装置は、以下に記述するように、２次集束が必要とされる場合にはさほど適していない。
【００３１】
電子源及び画像のその他の位置も考慮される。供給源及び画像は共に内部シリンダＺの表面（表面対表面集束）に位置設定されてよく、そうでなければ代替的に、供給源及び画像を共に長手方向軸ｚ−ｚ上（軸対軸）に位置設定されていてもよい。代替的には、供給源を、長手方向軸ｚ−ｚの間の零電界（電界の影響を受けない）領域内に位置設定することができ、画像を長手方向軸と内部シリンダ２の間又は内部シリンダから半径方向外向きに位置設定することもできる。
【００３２】
実際には、電子源は、仮想供給源であってもよい。この場合、該供給源は電子を長手方向軸からオフセットした単数又は複数の場所から静電集束電界内に誘導し、例えば前記単数又は複数の場所で（軸上に位置設定されうる）実際の供給源から発出された電子を集束させるため、単数又は複数の円錐レンズの形をとり得る適切な集束手段を内含している。
【００３３】
同様にして、画像から離隔された単数又は複数の検出器上に画像を形成する電子を集束させるためにかかる集束手段を使用することもできる。
【００３４】
もう１つの動作モードでは、本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置を、比較的広い仰角範囲にわたり入射する比較的狭いエネルギーバンド内で荷電粒子を分析するように配置することができる。
【００３５】
例えばJ.S.Risley によりRev. Sci. Instrum,４３，９５（１９７２）内で記述されているような従来の円筒形ミラー分析装置（ＣＭＡ）の主たる利点の１つは、２次集束で動作可能であるということにある。すなわち、２次項がゼロであるものとして、
ｚｉ＝ｃ0＋ｃ2（θs−θ0）2＋ｃ3（θs−θ0）3＋……（５）
という形の荷電粒子の発射仰角θsに対する依存性を焦点の軸方向位置ｚｉが有するような条件を見い出すことが可能である。通常の２次項が無いということはすなわち、係数ｃ3が大きすぎないことを条件として分析装置の一定の与えられたエネルギー分解能について広範囲の角度θsを受容できるということを意味する。
【００３６】
図４は、この２次集束モードで動作する本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の一実施形態を示している。
【００３７】
ここでは、分析装置の寸法及び印加電圧は、図３を参考にして記述されている分析装置の場合と全く同じであるが、内部シリンダ２′内に入口ウィンドウを横断して細かいメッシュが設置されていることを及び供給源 １′の軸方向位置ｚsが２Ｒ1である、という点で異なっている。方程式（５）の２次項は、Ｅ＝８５４ｅＶであるとき及び中間発射角θs（上付きバー）＝０.６２２rad（３５.６°）であるときにゼロとなることが分析により見い出される。この実施形態においては、ビームの半角は０.０５rad（２.８６°）である。
【００３８】
実際には、かかる条件の連続的スペクトルが存在する。（一部の範囲内の）任意の供給源位置について、２次軸対表面集束を与えるＥ及びθs（上付きバー）の値を発見することが可能である。表３にはいくつかの結果が示されている。
【００３９】
２次集束は、軸対軸モードでも実施でき、これは図５に示されている。分析装置の寸法及び印加電圧は、図４を参考にして記述した分析装置と全く同じであるが供給源の軸方向位置が−Ｒ1であるという点がそれと異なっている。ここでも又、内部シリンダ２′内の入口ウィンドウを横断して、細かいメッシュが設置されている。方程式（５）の２次項は、Ｅ＝１３４５.５ｅＶであるとき及び中間発射仰角θs（上付きバー）＝０.４４４rad（２５.４６°）であるときにゼロとなることが分析により発見されている。この実施形態においては、ビームの半角は０.０５rad（２.８６°）である。ここでも又、表４に示されているように、かかる条件の連続的スペクトルが存在する。
【００４０】
従来のＣＭＡの場合と同様、その他の動作モードの連続的スペクトルが可能であり、入口ウィンドウが開放しているときに２次集束も達成可能であるということが考慮されている。同じく、特定の狭いエネルギー範囲についてエネルギー分解能が最適化される条件を発見することも可能である。
【００４１】
図面の図６は、本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置のもう１つの実施形態を示す。前述のものと同様、適用された電位の極性は、この実施形態では電子であると仮定されている負の荷電粒子の分析のために選択されている。しかしながら、加えられる電位の極性を逆転することによって正の荷電粒子を分析することも可能である。
【００４２】
図１〜３を参照して記述した実施形態とは対照的に、図６の荷電粒子分析装置は、長手方向軸ｚ−ｚに対し横方向の平面内の異なるそれぞれの半径方向位置ｒiで異なるエネルギーＥiをもつ電子を集束させるために有効である。この配置は、ディスク形状をしていてよい平坦な検出器を使用できるという利点をもつ。
【００４３】
図６の分析装置は、内部シリンダ及び外部シリンダ ２″，３″及び一対の環状端部ディスク４″，５″を含む、図１〜３を参考にして記述された分析装置と実質的に同じ幾何的構成をもつ。前述の通り、Ｒ2を外部シリンダの半径として外部シリンダ３″に加えられる電位φ（Ｒ2，ｚ）は、
φ（Ｒ2，ｚ）＝−Ｗｚ
という式に従って軸座標ｚの一関数として直線的に変動する（なお式中 ｚは内部シリンダ２″の半径Ｒ1の単位で表現されている）。前述の通り、シリンダ２″，３″の間の電位φ（ｒ，ｚ）の分布は、方程式（１）により半径方向及び軸方向座標（ｒ，ｚ）の形で表現でき、この式からシリンダ２″，３″の間の等電位が長手方向に単調に（この場合直線的に）又半径方向には対数的に変動することがわかる。ここでも又、電位φ（ｒ，ｚ）の分布は、長手方向軸ｚ−ｚを中心にして方位角の関数として均等である。
【００４４】
図１〜３を参考にして記述された分析装置の場合、長手方向軸ｚ−ｚとの関係における電子ビームＢの中間発射仰角θs（上付きバー）は、標準的に２５°前後である。しかしながら、図６の分析装置の場合、中間発射仰角θs（上付きバー）ははるかに大きく、標準的に６０°前後であるが、例えば５０°〜７０°の範囲内のその他の角度を使用することも可能である。
【００４５】
図６に示されているように、比較的大きい中間発射仰角θs（上付きバー）で静電集束電界に入る電子ビームＢが長手方向軸ｚ−ｚから離れるように偏向させられ、この実施形態では、左側端部ディスク４″の平面内で焦点まで導かれ、ここに単数又は複数の平坦な検出器を位置づけすることができる。
【００４６】
電子ビームＢは、全方位角範囲又は単数又は複数のより小さな方位角範囲でありうる長手方向軸ｚ−ｚのまわりの予め定められた方位角範囲にまたがる可能性がある。前述のとおり、所要方位角範囲は、内部シリンダ２″及び／又は端部ディスク４″内の単数又は複数の適切に寸法決定され整形されたウィンドウ又は、供給源と内部シリンダの間に位置設定された単数又は複数のマスクによって限定され得る。一定の与えられたエネルギーについて、電子は、焦平面内にそれぞれの単数又は複数の円弧上の焦点まで導かれ、全方位角範囲にまたがるビームの場合、電子は円上の焦点まで導かれる。単数又は複数の適切な検出器が、該方位角範囲又は各々の方位角範囲内の集束された電子について検出するような形で位置づけされ構成されている。
【００４７】
この実施形態においては、外部シリンダ３″の半径Ｒ2は１０Ｒ1であり、内部及び外部シリンダの端部は、軸座標ｚ＝０及びｚ＝３Ｒ1を有する。上述の方程式（１）及び（６）のＷの値は、３３３.３Ｖに設定され、内部シリンダ２″及び左側端部ディスク４″に加えられる電位は０Ｖに設定され、一方外部シリンダ３″に加えられる電位は左側端部の０Ｖから右側端部の−１０００Ｖまで直線的に変動する。
【００４８】
この実施形態においては、電子ビームは、軸位置Ｚｓ＝−０.６Ｒ1で零電界領域内で長手方向軸ｚ−ｚ上に位置づけされた局在化された電子源１″により生成される。
【００４９】
図６は、左側端部ディスク４″の横方向平面内で集束された電子のいくつかの代表的湾曲軌道を示している。この例では、初期エネルギー４０，８０，１６０，３２０及び６４０ｅＶをもつ電子が全て、横方向焦平面内の連続的半径方向位置ｒ1，ｒ2，ｒ3，ｒ4，ｒ5にほぼ集束されている。この実施形態においては、電子ビームＢの中間発射仰角は６１.８°であり、ビームの半角は３.８°であり、ビームは、内部シリンダ２″と左側端部ディスク４″が導電グリッド又はメッシュの形をしたウィンドウを介して遭遇する静電集束電界の中に入る。
【００５０】
すでに記述した通り、外部シリンダ３′に加えられる電位は、左側端部の０Ｖから右側端部の−１０００Ｖまで直線的に変動する。この直線的電位変動は、電位降下が横断して適用される高い電気抵抗をもつ材料で作られたシリンダ３″を用いて実現され得る。代替的には、各々が異なる均等な電位に維持されている複数の導電性ループ又はリングを用いて所要電位をシミュレートすることができる。大地電位に維持されている内部シリンダ２″は、導電性材料から作ることができる。
【００５１】
右側ディスク５″上の不均等電位は、電気抵抗の高い材料で作られたディスクを横断して電位降下を適用することによって作り出すことができる。代替的には、ディスクを使用する代りに、所要電位変動は、異なる均等な電位に各々が維持されている複数の同心リングを用いてシミュレートすることができる。もう１つの代替的アプローチでは、半径方向に等間隔で置かれたディスクの上の一定数（例えば３０）の位置に所要電位を加え、隣接する位置の間で直線的にその電位が変動するように配慮することによって、前述のＣＰＯ−２Ｄプログラムを用いて区分的に所要電位をシミュレートすることができる。
【００５２】
図７は、図６の軌道を異なる縦横比で拡大して示し、同様に、５０Ｖの段階で−５０Ｖ〜−９５０Ｖの範囲内で等電位線輪郭も示している。
【００５３】
図７から、高い方のエネルギーが検出器のわずかに後方で焦点まで導かれているのに対して、低い方のエネルギーの電子が、左側端部ディスク４″の平面内に位置設定された検出器のわずかに前方で焦点まで導かれていることが明白である。
【００５４】
供給源の軸方向位置Ｚsは、得られる焦点の質に対しいかなる有意な効果も及ぼさないことが発見された。しかしながら、焦点の質の有意な改善は、以上の方程式（１）により定義づけされた電位分布φ（ｒ，ｚ）をわずかに修正することによって達成可能である。
【００５５】
これは、左側端部ディスク４″を０Ｖに維持しながら内部シリンダ及び外部シリンダ２″，３″上及び右側端部ディスク５″上の選択された位置で適用される電子を最適化し、それぞれ軸方向及び半径方向距離の一つの関数としてこれらの選択された位置の間で電位が直線的に変動するように配慮することによって経験的に達成できる。
【００５６】
この特定の例において、右側端部ディスク５″上の選択された位置は、半径方向座標ｒ＝１，３，６及び９を有し、内部及び外部シリンダ２″，３″上の選択された位置は、軸座標ｚ＝０，１，５及び３を有する。なおここでこれらの座標は、Ｒ1の単位で表現されている。
【００５７】
選択された位置の半径方向及び軸方向座標は、それぞれ表５の１行目及び２行目にまとめられており、各々の選択された位置において印加されたそれぞれの電圧Ｖ1，Ｖ2…Ｖ7は表の３行目に示されている。これらの電圧は、同様に図６にも示されている。
【００５８】
各シリンダの左側端部における電位Ｖ1は０Ｖであり、外部シリンダ３″の右側端部で電位Ｖ3を（この例では−１０００Ｖに）固定することが望ましいことがわかる。
【００５９】
残りの５つの電位Ｖ2，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6及びＶ7は変数として処理され、焦点の半径方向位置が変化できるようにしながら検出器の平面内で焦点のサイズを最適化（すなわち最小化）するべく、「自動自由焦点反復」モードで前述のＣＰＯ−２Ｄプログラムを用いて自動的に調整される。
【００６０】
表５の４行目は、上述の方程式（１）から導びかれた電圧値を示し、一方表の５行目は、経験的調整により最適化された修正値を示す。
【００６１】
この最適化手順は同様に、図１〜５を参照して記述された分析装置にも適用され得るということがわかるだろう。
【００６２】
図８は、最適化された電圧値を用いて得られる電子の軌道を示す。この例示においては、電子は、２という倍率で等比数列を形成する初期エネルギー４０，８０，１６０及び３２０ｅＶをもち、１：８というエネルギー範囲を網羅する。この場合、中間発射仰角θs（上付きバー）は６０.８°であり、ビームの半角は２.０５°である。前述のものと同様、供給源の最適軸方向位置は、ｚs＝−０.６Ｒ1である。
【００６３】
図９は、図８の軌道を異なる縦横比で拡大して示し、同様に、５０Ｖの段階で−５０Ｖ〜−８００Ｖの範囲内で等電位線輪郭も示している。
【００６４】
図７及び９を比較すると、経験的に調整された電圧値を用いてはるかに小さい焦点サイズが達成されるということが明確に示されている。同様に等電位線輪郭は、幾分か異なる形状を有している。
【００６５】
焦点の質に対するさらなる改善は、より多く数の電圧を最適化することによって行なうことができる。代替的又は付加的には、異なる電極形状を用いて改善を行なうことができる； 例えば、外部シリンダ３″を、適切な形状の軸対称の曲面プレートで置換し、このプレートに（場合によっては均等な）電位を適用することができる。かかるプレートは同様に、方程式（１）により定義された形状の電位分布φ（ｚ，ｒ）を生成するのに使用することもできる。
【００６６】
代替的には、電位分布φ（ｚ，ｒ）を修正する代りに、検出器を、電子が集束する表面に適合するように適切に整形し位置づけすることもできる。さらに、電子は、端部ディスクの平面内に集束する必要はなく、端部ディスク４″を超えた零電界領域内にありうる一部のその他の横方向に延びる表面上に集束してもよく、又必ずしも平坦である必要もない。表面は例えば円錐形の表面をもつことができる。上述の最適化手順は、望ましい表面で焦点の質を改善するために使用することができる。
【００６７】
上述の方程式（２）に対する類推により、エネルギーＥiの電子の軌道が焦平面と交差する半径方向位置ｒiを以下のように表わすことができる。
【００６８】
ｒi＝ｃ0＋ｃ2（θs−θ0）2＋……
なお式中、ｃ0及びｃ2は、エネルギーの関数である係数であり、θsはビーム内の電子の発射仰角であり、θ0はエネルギー分散が存在するときに焦点まで電子を導くのに必要な発射仰角である。θ0に近いθsの値について、ｒi＝ｃ0で一次焦点が存在する。
【００６９】
表６は、５６.６、８０、１１３.１、１６０、２２６.３、３２０，４５２.５及び６４０ｅＶのエネルギーをもつ電子及び軸方向位置ｚs＝０.６Ｒ1をもつ５Ｒについて図８の分析装置を用いて得られたθ0，ｒi及びｃ2の値をまとめている。表６には又、相対的エネルギー分散Ｅｄｒi／ｄＥ及び次の式から求められる無次元の性能指数ｇ2の計算上の値も示されている。
【００７０】
ｇ2＝ｃ2-1    Ｅ（ｄｒi／ｄＥ）
この表中のｒi、ｃ2及びＥ（dr／ｄＥ）の値はＲ1の単位で表わされている。
【００７１】
θ0がエネルギー範囲全体にわたり一定であるときに最適な条件が存在し、表６に列挙されたθ0の値から、この条件がほぼ満たされていることがわかる。θ0の値の変動は、ビームの標準的半角よりも小さく、この変動は、より狭いエネルギー範囲全体にわたり、さらに小さいものである。変動は、約１００ｅＶ〜４５０ｅＶのエネルギー範囲内で特に小さい（０.２°）。
【００７２】
表６に示されているように、θ0の値は、エネルギーＥが増大するにつれて単調に低減する。この挙動は、供給源の軸方向位置を変更することによって改変可能である。例えば、軸方向供給源位置ｚs＝０.７Ｒiであるときにθ0の浅い最小値が存在する（すなわち、それぞれエネルギーＥ＝８０、２２６及び６４０ｅＶでθ0＝１.０８１、１.０６９及び１.０７１である）。しかしながら、この場合、係数ｃ2は、エネルギーＥ＜８０ｅＶでｒ1の最大値を可能にするには小さすぎるが、このエネルギー値ではほぼ２次的集束が存在し、そのため焦点サイズはなおも比較的小さいものである。従って、供給源位置を調整する上で幾分かの利点が存在するかもしれないが、実際には、最適な位置は、分析装置が利用されている分野によって左右されることになる。
【００７３】
供給源位置ｚs＝０.６Ｒiについては、以下の式によりｒiの値をパラメータ化することが可能である。
【００７４】
Ｉnri ＝ａ＋bln Ｅ＋ｃ（lnＥ）2
なお式中、ａ，ｂ及びｃはそれぞれ０.０２３５３、０.０６４３３及び０.０３６４３である。
【００７５】
図６〜９を参照して記述された荷電粒子エネルギー分析装置は同様に、２次集束モードでも動作でき、かくして、改善されたエネルギー分解能で比較的狭いエネルギーバンドを分析することができる。
【００７６】
２次集束は、上述の方程式（７）中の２次項がゼロであるときに起こり、この条件下で、電子の軌道が焦平面と交差する半径方向位置ｒiは、以下のように表わすことができる：
ｒi＝ｃ0＋ｃ3（θs−θ0）3＋……
なお式中係数ｃ0及びｃ3は、エネルギーにより左右される。この状況下で、許容可能な仰角範囲は、一定の与えられたエネルギー分解能についてより大きなものである。
【００７７】
図１０は、２次集束モードにて動作する分析装置を示す。分析装置の幾何学的構成及び印加される電位は、図８を参考にして記述されたものと全く同じである。ただし、供給源の軸方向位置は、ｚs＝−０.８Ｒ1に設定されている。エネルギーＥ＝９７.０２ｅＶで発射仰角θ0＝６２.６°であるときに、２次項がゼロとなり２次集束が起こるということがわかる。図１０の分析装置においては、電子ビームの中間発射仰角θs（上付きバー）は６２.２°，ビームの半角は３.７°であり、ビームは、導電グリッド又はメッシュの形をした左側端部ディスク２″内のウィンドウを介して静電界領域の中に入る。
【００７８】
２次集束向け条件の連続的スペクトルが存在する。かくして一定の与えられた供給源位置ｚs（或る限定された範囲内の）について、２次集束向け条件を満たすＥ及びθ0の値を発見することが可能であり、いくつかの値が表７に列挙されている。この表に同様に示されているのは、相対的ＥＤ分散Ｅdri／ｄＥと性能指数ｇ2の値である。
【００７９】
表７から、供給源位置ｚs＝−０.６Ｒ1である場合、図６〜８に例示されている「広エネルギー」１次集束モードで動作している場合の図６〜８を参考にして記述された分析装置のエネルギー下限（４０ｅＶ）のすぐ下である３８.４ｅＶにエネルギーがであるときに、２次集束が起こることが分る。
【００８０】
従って、軸方向供給源位置が固定されているこの状況下で、２次集束モードと組合わせて１次「広エネルギー」集束モードを使用することが可能である。
【００８１】
最初、一次広エネルギー集束モードは、ビーム中の荷電粒子の比較的広いエネルギースペクトルを生成するために使用されることになり、加えられた電位は、このとき、スペクトル内の選択された狭いエネルギー範囲内に高分解能２次集束を生成するために適切に増減させることになる。
【００８２】
表７から明らかとなるように、２次集束は、ｒiの比較的小さい値で発生する。従って、１次及び２次動作モードが組合わせた形で使用されたとき、分析装置の内部半径方向部分は２次集束用に優位に使用されることになり、一方検出器の外部部分は、図６及び８に示されたように広エネルギー１次集束のためのみに使用されることになる。
【００８３】
図１〜１０を参照して記述された実施形態においては、内部及び外部電界規定要素は、長手方向軸ｚ−ｚを中心として全方位角範囲にわたり延びている。
【００８４】
しかしながら、代替的には、内部及び外部電界規定要素は、より小さな方位角範囲にわたり広がっていてよい。この一例が図１１ａに示されている。この図は、この例では約６０°である長手方向軸における１つの角度Ψを規定する円筒形セグメントの形をした内部及び外部電界規定要素２'''，３'''を通して横断面図を示している。円筒形セグメントの弓形端縁部は環状セクターの形をした端壁によって接合され、円筒形セグメントの長手方向に延びる側縁部は、平坦な側壁Ｓ1，Ｓ2によって接合されている。
【００８５】
この構造の内部に作り出される静電集束電界は、側壁における電位分布が（例えば上述の方程式（１）により定義される通りで）正しいことを条件として、図１〜１０を参照して記述されたものと全く同じ形状を有する可能性がある。必要とされる電位分布は、さまざまな異なるやり方で達成できる。例えば、側壁を電気抵抗の高い材料で作ることもでき、所要電位は、側壁の縁部に沿った異なる点で加えられる。
【００８６】
代替的には、側壁と交差する等電位線輪郭に適合するように整形されその各々に対し所要電位が適用される一連の導電性ライン又はストリップが表面上に被着させられた電気絶縁材料で側壁を作ることもできる。このことは、図１１ｂに示されている。
【００８７】
さらにもう１つの代替的アプローチでは、電気絶縁基板を使用する代りに、導電性ライン又はストリップを自己支持型でありうる。図１〜１０のいずれかを参照して記述された電界規定要素は、例えば図１１を参照して記述された要領で比較的狭い方位角範囲にわたり使用するように修正可能であるということがわかるだろう。
【００８８】
【表１】
0004763191.tif 000002
【００８９】
【表２】
0004763191.tif 000003
【００９０】
【表３】
0004763191.tif 000004
【００９１】
【表４】
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【００９２】
【表５】
0004763191.tif 000006
【００９３】
【表６】
0004763191.tif 000007
【００９４】
【表７】
0004763191.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第１の実施形態の概略的縦断面図である。
【図２】  ２００Ｖ毎の段階で０〜３２００Ｖの範囲内の等電位線輪郭を示す図１の荷電粒子エネルギー分析装置の一部分の拡大図である。
【図３】  本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第２の実施形態の概略的縦断面図である。
【図４】  ２次軸対表面集束モードで動作する本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第３の実施形態の概略的縦断面図である。
【図５】  ２次軸対表面集束モードで動作する本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第４の実施形態の概略的縦断面図である。
【図６】  本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第５の実施形態の概略的縦断面図である。
【図７】  ５０Ｖ毎の段階での、−５０〜−９５０Ｖの範囲内の等電位線輪郭を示す、図６の荷電粒子エネルギー分析装置の一部分の拡大図である。
【図８】  本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第６の実施形態の概略的縦断面図である。
【図９】  ５０Ｖ毎の段階で−５０〜−８００Ｖの範囲内の等電位線輪郭を示す図８の荷電粒子エネルギー分析装置の一部分の拡大図である。
【図１０】  ２次集束モードで動作する本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第７の実施形態の概略的縦断面図である。
【図１１ａ】  本発明に従った荷電粒子エネルギー分析装置の第８の実施形態を通した横断面図である。
【図１１ｂ】  図１１ａの分析装置の側壁上の一定数の等電位線輪郭を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004763191.tif 000018
【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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