(57)【要約】【課題】  空間分解能が高いイメージング質量分析を可能とする荷電粒子イメージ測定器およびイメージング質量分析装置を提供する。【解決手段】  荷電粒子イメージ測定器２０１は、試料ステージ３と、試料ステージ３に対向する荷電粒子レンズ４００と、二次元検出器５と、荷電粒子レンズ４００によって形成される、試料に最も近接したクロスオーバーの位置ＣＯと試料ステージ３との間に設置された第１の絞り７と、第１の絞り７と二次元検出器５との間に設置された第２の絞り８と、を備える。【選択図】  図１
2017050279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ステージと、
該試料ステージに対向する荷電粒子レンズと、
二次元検出器と、
該荷電粒子レンズによって形成される、試料に最も近接したクロスオーバーの位置と該試料ステージとの間に設置された第１の絞りと、
該第１の絞りと該二次元検出器との間に設置された第２の絞りと、
を備えることを特徴とする荷電粒子イメージ測定器。
【請求項２】
前記荷電粒子レンズは複数のレンズ電極を有し、
隣接する２つの前記レンズ電極の間に前記荷電粒子レンズの主平面が位置しており、当該隣接する２つの前記レンズ電極の間に前記第１の絞りが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項３】
前記第２の絞りが、前記荷電粒子レンズと前記二次元検出器の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項４】
前記第２の絞りが、前記荷電粒子レンズを構成する前記複数のレンズ電極のうち、最後段のレンズ電極と前記二次元検出器の間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項５】
前記第２の絞りが、前記クロスオーバーの位置の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項６】
前記荷電粒子レンズと前記二次元検出器との間にフライトチューブ電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項７】
前記荷電粒子レンズが、静電レンズであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項８】
前記荷電粒子用レンズが、磁場レンズであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項９】
試料を保持する試料ステージと、
二次元検出器と、
前記試料ステージに対向して配置され、前記試料から放出された荷電粒子を収束させて、前記試料から放出された前記荷電粒子の像を前記二次元検出器上に結像させる荷電粒子レンズと、
前記荷電粒子レンズによって形成される、前記試料に最も近接したクロスオーバーの位置と前記試料ステージとの間に設置され、前記試料から放出された前記荷電粒子の少なくとも一部を遮蔽する第１の絞りと、
前記第１の絞りと前記二次元検出器との間に設置され、前記第１の絞りを通過した前記荷電粒子の少なくとも一部を遮蔽する第２の絞りと、
を備えることを特徴とする荷電粒子イメージ測定器。
【請求項１０】
前記荷電粒子レンズは複数のレンズ電極を有し、
隣接する２つの前記レンズ電極の間に前記荷電粒子レンズの主平面が位置しており、当該隣接する２つの前記レンズ電極の間に前記第１の絞りが配置されていることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項１１】
前記第２の絞りが、前記クロスオーバーの位置の近傍に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子イメージ測定器。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の荷電粒子イメージ測定器と、
前記試料ステージに保持された前記試料をイオン化させ、前記試料から前記荷電粒子を放出させるイオン化部と、を備えることを特徴とするイメージング質量分析装置。
【請求項１３】
前記イオン化部が、前記試料にイオンビームを照射するイオン銃であることを特徴とする請求項１２に記載のイメージング質量分析装置。
【請求項１４】
前記イオン化部が、前記試料にクラスターイオンビームを照射するクラスターイオン銃であることを特徴とする請求項１２に記載のイメージング質量分析装置。
【請求項１５】
前記イオン化部が、前記試料にレーザー光を照射するレーザー光源であることを特徴とする請求項１２に記載のイメージング質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子イメージ測定器、および、イメージング質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体試料の物質分布を検出する手法として、「イメージング質量分析」が注目を集めている。一般に質量分析とは、レーザー光、イオン、または電子等の一次ビームを照射することによって試料をイオン化し、イオン化した試料を質量電荷比によって分離し、質量電荷比とその検出強度からなるスペクトルを得る方法である。イメージング質量分析においては、試料の表面を二次元的に質量分析し、試料の表面における各物質の分布、すなわち「質量イメージ」を測定する。
【０００３】
イメージング質量分析におけるイメージングの方法としては、走査型と投影型の２つの方式がある。
【０００４】
走査型は、試料上の微小領域を順次質量分析し、質量分析の結果と当該微小領域の位置情報とから、質量イメージを再構成する方式である。走査型において、空間分解能は微小領域のサイズ等に依存しており、一次ビームのビーム径や、一次ビームの走査位置精度によって決まる。
【０００５】
投影型のイメージング質量分析では、試料上の所定の領域内の試料を一括してイオン化し、放出されたイオンの像を荷電粒子レンズによって二次元検出器上に結像させる。イオンが飛行している間にそれぞれのイオンを質量分離することで、像を構成するそれぞれのイオンの試料表面における発生位置を特定しつつ、質量分析することができる（特許文献１）。投影型のイメージング質量分析における空間分解能は、二次元検出器におけるイオン到達位置の測定精度や、荷電粒子レンズの倍率や収差等によって決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１４−５１４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオンが試料表面から放出される際には、放出された複数のイオンは運動エネルギーや試料から放出される際の放出角度が不均一となることが多い。試料から放出されるイオンの運動エネルギーや放出角度は、試料上に存在する物質、一次ビームの種類およびエネルギー、入射角度等の様々な要因によって決まることから、運動エネルギーや放出角度を厳密に制御することは困難である。このように、試料から放出されたイオンには運動エネルギーや放出角度にムラがあるため、荷電粒子レンズの収差が増大してしまい、空間分解能が低下してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は上記の課題を鑑み、空間分解能が高いイメージング質量分析を可能とする荷電粒子イメージ測定器およびイメージング質量分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての荷電粒子イメージ測定器は、試料ステージと、該試料ステージに対向する荷電粒子用レンズと、二次元検出器と、該荷電粒子レンズによって形成される、試料に最も近接したクロスオーバーの位置と該試料ステージとの間に設置された第１の絞りと、該第１の絞りと該検出器との間に設置された第２の絞りと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空間分解能が高いイメージング質量分析を可能とする荷電粒子イメージ測定器およびイメージング質量分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）第１の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器を有するイメージング質量分析装置の構成を模式的に示す図。（ｂ）第１の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｃ）アパーチャー付きフライトチューブ電極を用いた荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。
【図２】（ａ）円錐型の電極の形状を模式的に示す図。（ｂ）アパーチャー電極の形状を模式的に示す図。（ｃ）円筒型の電極の形状を模式的に示す図。（ｄ）円筒型の電極からなるフライトチューブ電極の構造を模式的に示す図。（ｅ）複数のアパーチャー電極を重ねたフライトチューブ電極の構造を模式的に示す図。
【図３】（ａ）第１の実施形態の変形例１に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｂ）第１の実施形態の変形例２に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｃ）第１の実施形態の変形例３に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。
【図４】（ａ）第２の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｂ）第２の実施形態の変形例４に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｃ）第２の実施形態の変形例５に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。
【図５】（ａ）第３の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｂ）第３の実施形態の変形例６に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｃ）第３の実施形態の変形例７に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。
【図６】（ａ）第４の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図。（ｂ）第５の実施形態に係るイメージング質量分析装置の構成を模式的に示す図。
【図７】（ａ）第１の実施形態に係るシミュレーションモデル１。（ｂ）シミュレーションモデル１を用いたイオン光学シミュレーション結果の、試料の近傍の拡大図。（ｃ）シミュレーションモデル１を用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図（１）。（ｄ）シミュレーションモデル１を用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図（２）。（ｅ）第１および第２の絞りを有さないシミュレーションモデル。（ｆ）第１および第２の絞りを有さないシミュレーションモデルにおけるイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図。（ｇ）主平面とクロスオーバーの位置。
【図８】（ａ）第２の実施形態に係るシミュレーションモデル２。（ｂ）第２の実施形態に係るイオン光学シミュレーション結果の、試料の近傍の拡大図。（ｃ）シミュレーションモデル２を用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図（１）。（ｄ）シミュレーションモデル２を用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図（２）。（ｅ）第１および第２の絞りを有さないシミュレーションモデルにおけるイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図。
【図９】（ａ）第３の実施形態に係るシミュレーションモデル３。（ｂ）シミュレーションモデル３を用いたイオン光学シミュレーション結果の、試料の近傍の拡大図。（ｃ）シミュレーションモデル３を用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図（１）。（ｄ）シミュレーションモデル３を用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図（２）。（ｅ）第１および第２の絞りを有さないシミュレーションモデルを用いたイオン光学シミュレーション結果の、二次元検出器の近傍の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明においては、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明の範囲に含まれる。
【００１３】
（第１の実施形態）
第１の本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器を備えるイメージング質量分析装置について、図１〜３および図７を用いて説明する。
【００１４】
（構成）
図１（ａ）は、本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器を備えるイメージング質量分析装置の構成を模式的に示す図である。また、図１（ｂ）は、本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係るイメージング質量分析装置１０１（以下、「分析装置１０１」と称する）は、イオン化部であるイオン銃１と、荷電粒子イメージ測定器２０１（以下、「イメージ測定器２０１」と称する）と、を備える。また、図１（ｂ）に示すように、イメージ測定器２０１は、試料２を保持するための試料ステージ３と、荷電粒子レンズ４と、第１の絞り７と、第２の絞り８と、二次元検出器５（以下、「検出器５」と称する）とを有する。さらに、イメージ測定器２０１は、フライトチューブ電極９を有していてもよい。イメージ測定器２０１が有する各部は、真空容器６を構成、または真空容器６に内包されている。また、図１（ａ）には図示されていないが、分析装置１０１は、真空排気系、各電極の電位を規定する電源、および信号処理系を有する。真空排気系によって真空容器６の内部の気体は排気され、真空容器６の内部は高真空状態に保たれていることが好ましい。
【００１６】
本実施形態では、荷電粒子レンズ４と、フライトチューブ電極９と、検出器５とによって飛行時間型質量分析器が構成される。検出器５の表面には、荷電粒子が結像されるとともに、二次イオンを含む荷電粒子が検出された座標と時刻が記録される。
【００１７】
以下、分析装置１０１が有する各構成要素について詳述する。
【００１８】
＜イオン銃＞
イオン銃１は、試料ステージ３に保持された試料２に対してイオンビームを照射する。イオン銃１は、試料ステージ３に保持された試料２をイオン化させ、試料２から荷電粒子であるイオンを放出させるイオン化部である。本実施形態では、一例として各種のガスより生成されるクラスターイオンを供給するクラスターイオン銃を用いているが、イオン銃１はこれに限定はされない。イオン銃１として、分子イオンやフラーレンイオンを供給するイオン銃や液体金属イオン源、デュオプラズマトロン、表面電離型イオン源等を用いても良い。また、分析装置１００は後述するように、イオン化部としてイオン銃１の代わりに、試料ステージ３に保持された試料２に対してレーザー光を照射するレーザー光源を有していてもよい。また、試料ステージ３に保持された試料２に対して電子線を照射する電子銃を有していてもよい。
【００１９】
本実施形態では試料２に対してイオン銃１を用いてイオンビームを照射することで、試料２をイオン化し、試料２に由来するイオンを発生させる。一般に、試料２に対して照射するイオンは１次イオン、試料２に対して１次イオンを照射することで試料２から発生したイオンは２次イオンと呼ばれる。このようにして発生した２次イオンを質量分析計で検出して分析する方法は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）と呼ばれる。すなわち、本実施形態に係る分析装置１０１は二次イオン質量分析装置である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、イオン銃１は、ノズル１１、イオン化部１２、質量選別器１３、チョッパー１４、および一次イオン用レンズ１５を有する。
【００２１】
ノズル１１にはガス導入配管を通じてＡｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ等の希ガスや、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、Ｏ２、ＮＯ２、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＮＨ４等の分子性ガス、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール、および水等が供給される。これらの水やアルコールには、酸や塩基を混ぜても良い。ガス導入圧は特に限定されないが、０．００１気圧以上１００気圧以下の範囲内であればよく、０．１気圧以上２０気圧以下であるとさらによい。
【００２２】
ノズル１１からガスが真空中に噴射される際に、供給されたガスまたは液体は超音速に加速される。その際に断熱膨張によりガスが冷却され、原子または分子の集合体であるクラスターを含むガスが生成される。少なくともクラスターとガスのいずれかはイオン化部１２に入射する。イオン化部１２には、例えば熱フィラメントなどの電子源が配置されている。そして、電子源で発生した電子により、クラスターを構成する原子または分子をイオン化され、クラスターイオンが生成される。
【００２３】
イオン化部１２では様々なサイズを有するクラスターイオンおよびモノマーイオンが生成され、それらは適当に加速されてから質量選別器１３に入射する。質量選別器１３に入射したクラスターイオンおよびモノマーイオンは質量分析器１３によって質量電荷比によって選別され、所望のサイズ（質量）を有するクラスターイオンビーム（イオンビームＡ）が生成される。なお、質量選別器１３は、飛行時間型、四重極型、または磁場型のいずれの質量選別器であっても良い。
【００２４】
さらに、イオンビームＡはチョッパー１４においてパルス化される。なお、チョッパー１４に代えて、パルス的にガスを噴射するノズル、またはパルス的にクラスターをイオン化するイオン化部を用いても、パルス化されたイオンビームＡを得ることができる。パルス幅が数十ｎｓ程度、あるいはパルス幅がそれより短くなるように、チョッパー１４は高速パルス駆動が可能であることが望ましい。
【００２５】
本実施形態では、イオンビームＡの加速エネルギーは数［ｋｅＶ］〜数十［ｋｅＶ］であるが、一次イオンビームの収束性や二次イオン発生効率を向上させる観点から、数十［ｋｅＶ］以上でも良い。
【００２６】
パルス化されたイオンビームＡは上記のように加速された後、一次イオン用レンズ１５で適当に収束され、試料２に照射される。その結果、試料２の表面からは中性粒子、電子、および二次イオン等が放出される。イオンビームＡが試料２に照射される際の試料２の表面における領域（照射されるイオンビームＡのスポット）のサイズは、荷電粒子用レンズ４の開口部のサイズと同等でも良いが、それより大きくても良い。
【００２７】
＜試料ステージ＞
試料ステージ３は、分析装置１０１によって分析を行う試料２を保持する。試料ステージ３はイオン銃１に対して相対的に移動可能に構成されている。これにより、イオン銃１によってイオンビームＡを照射する試料２上の領域の位置を移動させることができる。
【００２８】
＜荷電粒子レンズ＞
荷電粒子レンズ４は、試料２から発生した二次イオンＢを検出器５上に投影し、結像させる。本実施形態では荷電粒子レンズ４は静電レンズであり、試料ステージ３に対して対向して配置される。本実施形態では図１（ｂ）に示すように、荷電粒子用レンズ４は、引出し電極４１、第１のレンズ電極４２、および第２のレンズ電極４３の３個の電極から構成される３個組荷電粒子レンズである。
【００２９】
荷電粒子レンズ４を構成する各電極（レンズ電極）の形状は、荷電粒子を通過させるための開口部を有していれば特に限定はされない。すなわち、開口部を有する円錐型の電極４１１（図２（ａ））であってもよいし、開口部を有する円板型の電極（アパーチャー電極４１２）（図２（ｂ））や、円筒型の電極（図２（ｃ））であってもよい。
【００３０】
また荷電粒子レンズ４を駆動する際には、不図示の電源により荷電粒子レンズ４を構成する各々の電極に対して適当な電圧を印加する。特に、試料２に最も近い引出し電極４１の試料２に対する電位は引出し電圧と呼ばれ、両者の間に形成されている電場は引出し電場と呼ばれる。試料２から放出された二次イオンＢは引出し電場により加速され、荷電粒子レンズ４に入射する。その後、二次イオンＢは引出し電極４１、第１のレンズ電極４２および第２のレンズ電極４３によって形成された電場により収束される。収束された二次イオンＢ１は荷電粒子レンズ４の光軸４４上を、荷電粒子用レンズ４に対して試料２の反対側に位置するフライトチューブ電極９に向かって飛行する。
【００３１】
本実施形態では、荷電粒子レンズ４を構成する各レンズ電極として、一例として円錐型の電極を用いている。特に、引出し電極４１が円錐型の電極であり、円錐型の電極の頂点に相当する部分が試料２と対向して配置されている場合には、円錐型の電極の開口部から遠い部分の引出し電場が開口部近傍の引き出し電場に比べて弱くなる。この結果、一次イオンの軌道が引出し電場によって偏向したり、ビーム形状が変化したりすることを緩和する効果を有する。
【００３２】
＜フライトチューブ電極＞
フライトチューブ電極９は、内部に等電位空間を有する電極である。そのため、フライトチューブ電極９の内部を飛行する荷電粒子は、等速度で飛行する。本実施形態では、フライトチューブ電極９としては、円筒型電極である円筒型フライトチューブ電極を用いているが、複数の円筒型電極からなるフライトチューブ電極を用いても良い（図２（ｄ））。また、複数のアパーチャー電極を重ねたアパーチャー型フライトチューブ電極を用いても良い（図２（ｅ））。
【００３３】
さらには、第２のレンズ電極４３とフライトチューブ電極９に代えて、両者を結合させたアパーチャー付きフライトチューブ電極９４を用いても良い（図１（ｃ））。
【００３４】
試料２から放出された二次イオンＢは引出し電場により加速され、荷電粒子レンズ４に入射した後、引出し電極４１、第１のレンズ電極４２、および第２のレンズ電極４３によって形成された電場により収束される。図１（ｂ）および図１（ｃ）において、試料２から放出された二次イオンＢが荷電粒子レンズ４を経て検出器５に至るまで軌道を示している。第２のレンズ電極４３を通過した二次イオンは、内部に等電位空間を有するフライトチューブ電極９に入射し、等速運動を行う。フライトチューブ電極９を通過した二次イオンＢは、フライトチューブ電極９の出口に配置された検出器５で検出される。二次イオンＢの信号強度および検出器５上における検出座標とともに、検出器５が当該二次イオンＢ検出した時間（時刻）が信号処理系に伝えられる。
【００３５】
二次イオンが試料２から放出されてから荷電粒子用レンズ４を経て検出器５によって検出されるまでに経過した時間（飛行時間）は、二次イオンの発生時刻と検出器５での検出時刻の差として測定できる。本実施形態では、イオンビームＡが試料２に入射する時刻を二次イオンが放出される発生時刻として扱うことができる。また、二次イオンの飛行する距離と、二次イオンの加速電位は予め知ることができるため、二次イオンの二次イオンの質量分析が可能となる。
【００３６】
特に、フライトチューブ電極９の長さが他の電極の長さに対して十分に長い場合、すなわち、二次イオンがフライトチューブ電極９の内部を飛行する距離が十分に長い場合には、下記式１に基づいて二次イオンの質量電荷比を求めることができる。すなわち、式１のＬに対してフライトチューブ電極９の長さを代入し、上述の飛行時間をｔに代入すれば、近似的に二次イオンの質量電荷比を求めることができる。
【００３７】
【数１】
2017050279.tif 000003
【００３８】
ここで、ｍはイオンの質量、ｚはイオンの価数、Ｖはイオンの加速電圧、ｅは素電荷である。
【００３９】
前述の通り、二次イオンは飛行して検出器５に到達するまでの間に、荷電粒子用レンズ４によって収束され、試料２上の二次イオンの像（イメージ）が検出器５の表面で結像される。つまり、試料２の表面上の１点と、検出器５の表面上の１点とが一対一で対応する。そのため、イオンビームＡが照射された試料２上の各点について質量分析を行うことができる。その結果、一次イオンビームを走査することなくイメージング質量分析が可能となる。
【００４０】
＜絞り＞
分析装置１０１は、第１の絞り７および第２の絞り８を有する。第１の絞り７および第２の絞り８は開口部を有しており、試料２から放出された二次イオンＢが検出器５に到達するまでの二次イオンＢの飛行経路上に配置されている。第１の絞り７は主として分析領域を制御することから視野絞りと呼ぶ。また第２の絞り８は主として二次イオンの放出角度を制御することから角度絞りと呼ぶ。この角度絞りによる二次イオン像の補正は、カメラにおける色収差の補正に類似している。
【００４１】
なお、第１の絞り７および第２の絞り８の形状は、特に限定はされず、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極と同様に、円錐型の電極やアパーチャー電極などとすることができる。第１の絞り７と第２の絞り８の有する開口部のサイズは、レンズ電極の開口部のサイズより小さくてもよいし、大きくてもよい。第１の絞り７と第２の絞り８の有する開口部のサイズは、レンズ電極の開口部のサイズより小さくすると、荷電粒子レンズ４の収差をより小さくすることができ、空間分解能をより向上させることができる。
【００４２】
＜第１の絞り＞
第１の絞り７は図１（ｂ）に示すように、荷電粒子レンズ４によって形成される、試料２に最も近接したクロスオーバーの位置（ＣＯ）と試料ステージ３との間に配置されている。第１の絞り７は、試料２から放出された二次イオンの少なくとも一部を開口部７ａによって通過させ、第１の絞り７の開口部７ａ以外の部分（遮蔽部７ｂ）によって遮断する。ここで、試料２から放出され荷電粒子レンズ４の光軸に平行に入射した二次イオンが検出器５に至るまでの軌道において、当該軌道が荷電粒子レンズ４の光軸を横切る点をクロスオーバーと呼ぶ。すなわち、試料２から放出され荷電粒子レンズ４の光軸に平行に荷電粒子レンズ４に入射した二次イオンは、クロスオーバーにおいて収束する。
【００４３】
本実施形態では、イオン銃１によって試料２上の所定の領域（照射領域）内にイオンビームＡを照射して、照射領域内の試料をイオン化する。荷電粒子レンズ４の口径が照射領域よりも大きい場合には、照射領域がイメージ測定器２０１の「視野」となる。また、荷電粒子レンズ４の口径、具体的には引出し電極４１の口径が照射領域よりも小さい場合には、照射領域のうち引出し電極４１の開口部に対応する領域が、イメージ測定器２０１の「視野」となる。
【００４４】
二次イオンが試料２から放出されるとき、荷電粒子レンズ４の光軸と平行な軌道を有するイオンだけでなく、当該光軸と０°ではない所定の角度で交差する軌道を有するイオンも放出される。ここで、試料２から放出されたイオンと荷電粒子レンズ４の光軸との間の角度を「放出角度」と称する。すなわち、試料２から放出される二次イオンは、放出角度に分布を有する。
【００４５】
放出角度が０°ではない二次イオンは、上述の視野の外から発生した場合であっても荷電粒子レンズ４に入射する可能性がある。このように視野の外からの二次イオンの混入が生じると、ノイズが生じ、得られる質量イメージの空間分解能が低下してしまうという課題があった。なお、照射領域が「視野」である場合であっても、照射領域の外側からも二次イオンが発生することがあるため、同様の課題が生じる。
【００４６】
そこで本実施形態では、上記クロスオーバーの位置（ＣＯ）と試料ステージ３との間に第１の絞り７を配置している。これにより、視野の外から混入してきたイオンを第１の絞り７の遮蔽部７ｂによって遮断することができる。その結果、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができる。
【００４７】
第１の絞り７を配置する位置は、上記クロスオーバーの位置（ＣＯ）と試料ステージ３との間であれば特に限定はされないが、荷電粒子レンズ４の主平面の位置（ＰＰ）の近傍であることが好ましい。これにより、視野の外から混入してきたイオンを第１の絞り７の遮蔽部７ｂによってより効果的に遮断することができ、得られる質量イメージの空間分解能をより向上させることができる。
【００４８】
なお、主平面は以下のように定義される。試料２から放出され荷電粒子レンズ４の光軸に平行に入射した二次イオンが検出器５に至るまでの軌道において、二次イオンの軌道を試料２側から延長した漸近線と、二次イオンの軌道を検出器５側から延長した漸近線を引く。このとき、これら２つの漸近線は１つの交点で交わるが、この交点から荷電粒子レンズ４の中心軸に引いた垂線が、当該中心軸に交わる点を主点とする。そして、主点を含み、当該中心軸に垂直な平面を主平面とする。
【００４９】
＜第２の絞り＞
第２の絞り８は図１（ｂ）に示すように、第１の絞り７と検出器５との間に配置されている。第２の絞り８は、試料２から放出された二次イオンの少なくとも一部を開口部８ａによって通過させ、第２の絞り８の開口部８ａ以外の部分（遮蔽部８ｂ）によって遮断する。
【００５０】
放出角度が０°、すなわち、荷電粒子レンズ４の光軸と平行な軌道で試料２から放出されたイオンは、荷電粒子レンズ４に入射した後、クロスオーバーにおいて収束する。その後、試料２の表面におけるイオンの放出位置を一対一で対応した、検出器５上の理想的な位置に到達する。これにより、荷電粒子レンズ４の光軸と平行な軌道で試料２から放出されたイオンの像（イメージ）は、検出器５の表面で結像されることになる。
【００５１】
しかし、放出角度が０°ではない場合にはイオンは上述の検出器５上の理想的な位置とずれた位置に到達し、放出角度が大きいほど、そのずれ量も大きくなる。したがって、従来の荷電粒子イメージ測定器においては、二次イオンの放出角度に分布が存在すると、得られる質量イメージの空間分解能が低下してしまうという課題があった。
【００５２】
そこで本実施形態では、第１の絞り７と検出器５との間に第２の絞り８を配置している。これにより、放出角度の大きなイオンを第２の絞り８の遮蔽部８ｂによって遮断することができる。その結果、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができる。
【００５３】
第２の絞り８を配置する位置は、第１の絞り７と検出器５との間であれば特に限定はされず、荷電粒子レンズ４のクロスオーバーの位置（ＣＯ）の上流側でも下流側でもよい。また、第２の絞り８は、フライトチューブ電極９の内部に配置されていてもよい。第２の絞り８を配置する位置は、荷電粒子レンズ４のクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍であることが好ましい。これにより、放出角度の大きなイオンを第２の絞り８の遮蔽部８ｂによってより効果的に遮断することができ、得られる質量イメージの空間分解能をより向上させることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では荷電粒子としてイオンを飛行させる荷電粒子イメージ測定器について説明したが、荷電粒子はイオンに限定はされず、電子や他の荷電粒子であってもよい。
【００５５】
（変形例）
第１の絞り７および第２の絞り８を配置する位置を変えた本実施形態の変形例を、図３（ａ）〜（ｃ）に示す。
【００５６】
図３（ａ）は、第１の実施形態の変形例１に係る荷電粒子イメージ測定器２０３の構成を模式的に示す図である。変形例１では、第１の絞り７をクロスオーバーの位置（ＣＯ）と荷電粒子レンズ４との間に配置し、第２の絞り８をクロスオーバーの位置（ＣＯ）と検出器５との間に配置している。
【００５７】
図３（ｂ）は、第１の実施形態の変形例２に係る荷電粒子イメージ測定器２０４の構成を模式的に示す図である。変形例２では、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に配置している。なお、変形例２においては、荷電粒子レンズ４の主平面の位置（ＰＰ）は、第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に位置している（図３（ｂ））。すなわち、変形例２では、隣接する２つのレンズ電極の間に荷電粒子レンズ４の主平面が位置しており、この２つのレンズ電極の間に、第１の絞り７が配置されている。変形例２では、第１の絞り７を荷電粒子レンズ４の主平面の位置の近傍に配置するとともに、第２の絞り８をクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍に配置している。
【００５８】
図３（ｃ）は、第１の実施形態の変形例３に係る荷電粒子イメージ測定器２０５の構成を模式的に示す図である。変形例３では、第１の絞り７をクロスオーバーの位置（ＣＯ）と荷電粒子レンズ４との間に配置し、第２の絞りをクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍に配置している。なお、変形例２においては、荷電粒子レンズ４の主平面の位置（ＰＰ）は、第２のレンズ電極４３の下流側に位置している（図３（ｃ））。すなわち、変形例３でも変形例２と同様に、第１の絞り７を荷電粒子レンズ４の主平面の位置の近傍に配置するとともに、第２の絞り８をクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍に配置している。
【００５９】
いずれの変形例においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（イオン光学シミュレーション）
次に、本発明の効果を具体的に示すために、第１の実施形態に係る質量イメージ測定器のイオン光学シミュレーションの結果を示す。
【００６１】
＜シミュレーションモデル＞
第１の実施形態に係る質量イメージ測定器のイオン光学シミュレーションを行うためのシミュレーションモデルとして、図７（ａ）に示すシミュレーションモデル１を作成した。シミュレーションモデル１の構成の詳細は以下の通りである。
【００６２】
試料２の表面から２［ｍｍ］離れた位置に、引出し電極４１を配置した。引出し電極４１は、直径２［ｍｍ］の頂点部分に円形の開口部を有する、頂角７０度の円錐型の電極とし、円錐の底面部分の外径は１０［ｍｍ］とした。
【００６３】
引出し電極４１に対して試料２の反対側、すなわち引出し電極４１の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第１のレンズ電極４２を配置した。さらに、第１のレンズ電極４２の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第２のレンズ電極４３を配置した。第１のレンズ電極４２および第２のレンズ電極４３の形状は引出し電極４１と同様である。なお、上記の電極間の距離は、各々の開口部の位置の間の距離で規定した。
【００６４】
また、第２のレンズ電極４３の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけてフライトチューブ電極９を配置した。フライトチューブ電極９は、内径１０［ｍｍ］、長さ５０［ｍｍ］の円筒型の電極とした。そして、フライトチューブ電極９の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて検出器５を配置した。
【００６５】
第１の絞り７は、第２のレンズ電極４３の下流側に、１［ｍｍ］の距離をあけて配置した。また、第２の絞り８は、第１の絞り７の下流側に、１０［ｍｍ］の距離をあけて配置した。第１の絞り７および第２の絞り８は、円形の開口部を有する円板状の電極（アパーチャー電極）とし、開口部の内径は４［ｍｍ］とした。なお、上記の各電極および絞りは、同軸に配置した。
【００６６】
試料２には０［Ｖ］、引出し電極４１には−１０００［Ｖ］、第１のレンズ電極４２には−３８００［Ｖ］の電位をそれぞれ印加した。また、第２のレンズ電極４３、フライトチューブ電極９、第１の絞り７、第２の絞り８、および検出器５には、−１０００［Ｖ］の電位を印加した。
【００６７】
＜シミュレーション結果＞
上記の条件で、試料２から放出された正イオンの軌道を、イオン光学シミュレーションによって計算した。なお、正イオンの運動エネルギーは５〜３０［ｅＶ］とし、紙面に平行な方向の角度分布（放出角度の分布）は、各電極の対称軸（荷電粒子レンズ４の光軸）を中心に−３０〜＋３０［ｄｅｇ］とした。ここでは、試料２上の２点Ｘ１とＸ２からそれぞれ放出された二次イオンが、検出器５上に分離した２個のスポットＹ１、Ｙ２を形成できるか否かで、空間分解能を評価した。
【００６８】
図７（ａ）の細い実線Ｂが示すように、試料２から放出されたイオンは、荷電粒子レンズ４を経て検出器５で検出される。図７（ｂ）は試料２近傍の拡大図であり、二次イオンは試料２上の点Ｘ１、Ｘ２からそれぞれ放出されており、放出角度には分布がある。それぞれの二次イオンは検出器５上に収束していること、つまり、試料２から放出された二次イオンの像は、検出器５上で結像していることがわかった（図７（ａ））。
【００６９】
Ｘ１とＸ２との間の距離ＬＸを０．２［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図７（ｃ）に示す。このとき、検出器５上にはＸ１から放出された二次イオンによってスポットＹ１が形成され、Ｘ２から放出された二次イオンによってＹ２が形成されるが、スポットＹ１、Ｙ２が分離して形成されていることがわかった。一方、距離ＬＸを０．１［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図７（ｄ）に示す。このとき、検出器５上に形成されるスポットＹ１、Ｙ２は一部重なっており、分離していないことがわかった。したがって、絞りを配置した場合の空間分解能は０．２［ｍｍ］程度であると評価できる。
【００７０】
次に、第１の絞り７および第２の絞り８を配置しなかった場合の結果を説明する（図７（ｅ））。第１の絞り７と第２の絞り８を配置しなかった点以外については、上述のシミュレーションモデル１と同様である。
【００７１】
Ｘ１とＸ２との間の距離ＬＸを０．２［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図７（ｆ）に示す。このとき、検出器５上に形成されるスポットＹ１とＹ２は一部重なっており、分離していないことがわかった。したがって、第１の絞り７および第２の絞り８を配置した場合に比べて空間分解能が低下していることがわかった。換言すると、本実施形態のように第１の絞り７および第２の絞り８を配置することで、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができた。
【００７２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器について、図４を用いて説明する。
【００７３】
（構成）
図４（ａ）は、本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図である。本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器２０６（以下、「イメージ測定器２０６」と称する）は、第１の実施形態に係るイメージ測定器２０１の有する荷電粒子レンズ４００の代わりに、荷電粒子レンズ４０１を有する。荷電粒子レンズ４０１、第１の絞り７、および第２の絞り８以外の構成はイメージ測定器２０１と同様であるので説明は省略する。
【００７４】
荷電粒子レンズ４０１は、４個の電極から構成される４個組電荷粒子レンズである。すなわち、荷電粒子レンズ４０１は、引出し電極４１、第１のレンズ電極４２、第２のレンズ電極４３、および第３のレンズ電極４４を有する。
【００７５】
本実施形態においても、第１の絞り７および第２の絞り８は、試料２から放出された二次イオンＢが検出器５に到達するまでの二次イオンＢの飛行経路上に配置される。第１の絞り７は、荷電粒子レンズ４によって形成される、試料２に最も近接したクロスオーバーの位置（ＣＯ）と試料ステージ３との間に配置される。また、第２の絞り８は、第１の絞り７と検出器５との間に配置される。
【００７６】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に配置している。また、本実施形態では、第２の絞りをクロスオーバーの位置（ＣＯ）の上流側に配置している。
【００７７】
第１の絞り７および第２の絞り８を上述のように配置することで、第１の実施形態と同様に、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができる。
【００７８】
（変形例）
第１の絞り７および第２の絞り８を配置する位置を変えた本実施形態の変形例を、図４（ｂ）〜（ｃ）に示す。
【００７９】
図４（ｂ）は、第２の実施形態の変形例４に係る荷電粒子イメージ測定器２０７の構成を模式的に示す図である。変形例４では、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に配置している。なお、変形例４においては、荷電粒子レンズ４の主平面の位置（ＰＰ）は、第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に位置している（図４（ｂ））。すなわち、変形例４では、隣接する２つのレンズ電極の間に荷電粒子レンズ４の主平面が位置しており、この２つのレンズ電極の間に、第１の絞り７が配置されている。変形例４では、第１の絞り７を荷電粒子レンズ４の主平面の位置の近傍に配置するとともに、第２の絞り８をクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍に配置している。
【００８０】
図４（ｃ）は、第２の実施形態の変形例５に係る荷電粒子イメージ測定器２０８の構成を模式的に示す図である。変形例５では、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に配置している。また、変形例５においては、第２の絞り８を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に配置している。変形例５では、第１の絞り７を試料ステージ３とクロスオーバーの位置（ＣＯ）との間に配置するとともに、第２の絞り８を第１の絞り７とクロスオーバーの位置（ＣＯ）との間に配置している。
【００８１】
いずれの変形例においても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（イオン光学シミュレーション）
次に、本発明の効果を具体的に示すために、第２の実施形態に係る質量イメージ測定器のイオン光学シミュレーションの結果を示す。
【００８３】
＜シミュレーションモデル＞
第２の実施形態に係る質量イメージ測定器のイオン光学シミュレーションを行うためのシミュレーションモデルとして、図８（ａ）に示すシミュレーションモデル２を作成した。シミュレーションモデル２の構成の詳細は以下の通りである。
【００８４】
試料２の表面から２［ｍｍ］離れた位置に、引出し電極４１を配置した。引出し電極４１は、直径２［ｍｍ］の頂点部分に円形の開口部を有する、頂角７０度の円錐型の電極とし、円錐の底面部分の外径は１０［ｍｍ］とした。
【００８５】
引出し電極４１に対して試料２の反対側、すなわち引出し電極４１の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第１のレンズ電極４２を配置した。さらに、第１のレンズ電極４２の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第２のレンズ電極４３を配置した。さらに、第２のレンズ電極４３の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第３のレンズ電極４４を配置した。第１のレンズ電極４２、第２のレンズ電極４３、および第３のレンズ電極４４の形状は引出し電極４１と同様である。なお、上記の電極間の距離は、各々の開口部の位置の間の距離で規定した。
【００８６】
また、第３のレンズ電極４４の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけてフライトチューブ電極９を配置した。フライトチューブ電極９は、内径１０［ｍｍ］、長さ５０［ｍｍ］の円筒型の電極とした。そして、フライトチューブ電極９の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて検出器５を配置した。
【００８７】
第１の絞り７は、第２のレンズ電極４３の下流側に、１［ｍｍ］の距離をあけて配置した。また、第２の絞り８は、第１の絞り７の下流側に、１０［ｍｍ］の距離をあけて配置した。第１の絞り７および第２の絞り８は、円形の開口部を有する円板状の電極（アパーチャー電極）とし、開口部の内径は４［ｍｍ］とした。なお、上記の各電極および絞りは、同軸に配置した。
【００８８】
試料２には０［Ｖ］、引出し電極４１には−２０００［Ｖ］、第１のレンズ電極４２には−７５５０［Ｖ］、第２のレンズ電極４３には−２０００［Ｖ］の電位をそれぞれ印加した。また、第３のレンズ電極４４、フライトチューブ電極９、第１の絞り７、第２の絞り８、および検出器５には、−１５００［Ｖ］の電位を印加した。
【００８９】
＜シミュレーション結果＞
上記の条件で、試料２から放出された正イオンの軌道を、第１の実施形態と同様にイオン光学シミュレーションによって計算した。
【００９０】
図８（ａ）に、第１の絞り７および第２の絞り８を配置した場合のイオン光学シミュレーションの結果を示す。荷電粒子レンズ４の主平面は、第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に位置している。したがって、第１の絞り７は、主平面が存在する、第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に配置されている。また、第２の絞り８はクロスオーバーの位置（ＣＯ）と検出器５の間に配置されている。
【００９１】
Ｘ１とＸ２との間の距離ＬＸを０．１５［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図８（ｃ）に示す。このとき、検出器５上にはＸ１から放出された二次イオンによってスポットＹ１が形成され、Ｘ２から放出された二次イオンによってＹ２が形成されるが、スポットＹ１、Ｙ２が分離して形成されていることがわかった。一方、距離ＬＸを０．１［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図８（ｄ）に示す。このとき、検出器５上に形成されるスポットＹ１とＹ２は一部重なっており、分離していないことがわかった。したがって、絞りを配置した場合の空間分解能は０．１５［ｍｍ］程度であると評価できる。
【００９２】
次に、第１の絞り７および第２の絞り８を配置しなかった場合の結果を説明する。第１の絞り７と第２の絞り８を配置しなかった点以外については、上述のシミュレーションモデル２と同様である。
【００９３】
Ｘ１とＸ２との間の距離ＬＸを０．１５［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図８（ｅ）に示す。このとき、検出器５上に形成されるスポットＹ１、Ｙ２が一部重なっており、分離していないことがわかった。したがって、第１の絞り７および第２の絞り８を配置した場合に比べて空間分解能が低下していることがわかった。換言すると、本実施形態のように第１の絞り７および第２の絞り８を配置することで、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができた。
【００９４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器について、図５を用いて説明する。
【００９５】
（構成）
図５（ａ）は、本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器の構成を模式的に示す図である。本実施形態に係る荷電粒子イメージ測定器２０９（以下、「イメージ測定器２０９」と称する）は、第１の実施形態に係るイメージ測定器２０１の有する荷電粒子レンズ４００の代わりに、荷電粒子レンズ４０２を有する。荷電粒子レンズ４０２、第１の絞り７、および第２の絞り８以外の構成はイメージ測定器２０１と同様であるので説明は省略する。
【００９６】
荷電粒子レンズ４０２は、５個の電極から構成される５個組電荷粒子レンズである。すなわち、荷電粒子レンズ４０２は、引出し電極４１、第１のレンズ電極４２、第２のレンズ電極４３、第３のレンズ電極４４、および第４のレンズ電極４５を有する。
【００９７】
本実施形態においても、第１の絞り７および第２の絞り８は、試料２から放出された二次イオンＢが検出器５に到達するまでの二次イオンＢの飛行経路上に配置される。第１の絞り７は、荷電粒子レンズ４によって形成される、試料２に最も近接したクロスオーバーの位置（ＣＯ）と試料ステージ３との間に配置される。また、第２の絞り８は、第１の絞り７と検出器５との間に配置される。
【００９８】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に配置している。また、本実施形態では、第２の絞りをクロスオーバーの位置（ＣＯ）の上流側に配置している。
【００９９】
第１の絞り７および第２の絞り８を上述のように配置することで、第１の実施形態と同様に、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができる。
【０１００】
（変形例）
第１の絞り７および第２の絞り８を配置する位置を変えた本実施形態の変形例を、図５（ｂ）〜（ｃ）に示す。
【０１０１】
図５（ｂ）は、第３の実施形態の変形例６に係る荷電粒子イメージ測定器２１０の構成を模式的に示す図である。変形例６では、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に配置している。なお、変形例６においては、荷電粒子レンズ４の主平面の位置（ＰＰ）は、第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に位置している（図５（ｂ））。すなわち、変形例６では、隣接する２つのレンズ電極の間に荷電粒子レンズ４の主平面が位置しており、この２つのレンズ電極の間に、第１の絞り７が配置されている。変形例６では、第１の絞り７を荷電粒子レンズ４の主平面の位置の近傍に配置するとともに、第２の絞り８をクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍に配置している。
【０１０２】
図５（ｃ）は、第３の実施形態の変形例７に係る荷電粒子イメージ測定器２１１の構成を模式的に示す図である。変形例７では、第１の絞り７を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第１のレンズ電極４２と第２のレンズ電極４３との間に配置している。また、変形例７においては、第２の絞り８を、荷電粒子レンズ４を構成するレンズ電極である第３のレンズ電極４４と第４のレンズ電極４５との間に配置している。変形例７では、第１の絞り７を試料ステージ３とクロスオーバーの位置（ＣＯ）との間に配置するとともに、第２の絞り８を第１の絞り７とクロスオーバーの位置（ＣＯ）との間に配置している。
【０１０３】
いずれの変形例においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
（イオン光学シミュレーション）
次に、本発明の効果を具体的に示すために、第２の実施形態に係る質量イメージ測定器のイオン光学シミュレーションの結果を示す。
【０１０５】
＜シミュレーションモデル＞
第３の実施形態に係る質量イメージ測定器のイオン光学シミュレーションを行うためのシミュレーションモデルとして、図９（ａ）に示すシミュレーションモデル３を作成した。シミュレーションモデル３の構成の詳細は以下の通りである。
【０１０６】
試料２の表面から２［ｍｍ］離れた位置に、引出し電極４１を配置した。引出し電極４１は、直径２［ｍｍ］の頂点部分に円形の開口部を有する、頂角７０度の円錐型の電極とし、円錐の底面部分の外径は１０［ｍｍ］とした。
【０１０７】
引出し電極４１に対して試料２の反対側、すなわち引出し電極４１の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第１のレンズ電極４２を配置した。さらに、第１のレンズ電極４２の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第２のレンズ電極４３を配置した。さらに、第２のレンズ電極４３の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第３のレンズ電極４４を配置した。さらに、第３のレンズ電極４４の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて第４のレンズ電極４５を配置した。第１のレンズ電極４２、第２のレンズ電極４３、第３のレンズ電極４４、および第４のレンズ電極４５の形状は引出し電極４１と同様である。なお、上記の電極間の距離は、各々の開口部の位置の間の距離で規定した。
【０１０８】
また、第４のレンズ電極４５の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけてフライトチューブ電極９を配置した。フライトチューブ電極９は、内径１０［ｍｍ］、長さ５０［ｍｍ］の円筒型の電極とした。そして、フライトチューブ電極９の下流側に、２［ｍｍ］の間隔をあけて検出器５を配置した。
【０１０９】
第１の絞り７は、第２のレンズ電極４３の下流側に、１［ｍｍ］の距離をあけて配置した。また、第２の絞り８は、第１の絞り７の下流側に、４０［ｍｍ］の距離をあけて配置した。第１の絞り７および第２の絞り８は、円形の開口部を有する円板状の電極（アパーチャー電極）とし、開口部の内径は４［ｍｍ］とした。なお、上記の各電極および絞りは、同軸に配置した。
【０１１０】
試料２には０［Ｖ］、引出し電極４１には−２０００［Ｖ］、第１のレンズ電極４２には−８５００［Ｖ］、第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４には−３０００［Ｖ］の電位を印加した。また、第４のレンズ電極４５、フライトチューブ電極９、第１の絞り７、第２の絞り８、および検出器５には、−１５００［Ｖ］の電位をそれぞれ印加した。
【０１１１】
＜シミュレーション結果＞
上記の条件で、試料２から放出された正イオンの軌道を、第１の実施形態と同様にイオン光学シミュレーションによって計算した。
【０１１２】
図９（ａ）に、第１の絞り７および第２の絞り８を配置した場合のイオン光学シミュレーションの結果を示す。荷電粒子レンズ４の主平面は、第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に位置している。したがって、第１の絞り７は、主平面が存在する第２のレンズ電極４３と第３のレンズ電極４４との間に配置されている。また、第２の絞り８はクロスオーバーの位置（ＣＯ）と検出器５の間に配置されている。
【０１１３】
Ｘ１とＸ２との間の距離ＬＸを０．１５［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図９（ｃ）に示す。このとき、検出器５上にはＸ１から放出された二次イオンによってスポットＹ１が形成され、Ｘ２から放出された二次イオンによってＹ２が形成されるが、スポットＹ１、Ｙ２が分離して形成されていることがわかった。一方、距離ＬＸを０．１［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図９（ｄ）に示す。このとき、検出器５上に形成されるＹ１とＹ２は一部重なっており、分離していないことがわかった。したがって、絞りを配置した場合の空間分解能は０．１５［ｍｍ］程度であると評価できる。
【０１１４】
次に、第１の絞り７および第２の絞り８を配置しなかった場合の結果を説明する。第１の絞り７と第２の絞り８を配置しなかった点以外については、上述のシミュレーションモデル３と同様である。
【０１１５】
Ｘ１とＸ２との間の距離ＬＸを０．１５［ｍｍ］とした場合のシミュレーション結果として、検出器５の近傍の拡大図を図９（ｅ）に示す。このとき、検出器５上に形成されるスポットＹ１、Ｙ２が一部重なっており、分離していないことがわかった。したがって、第１の絞り７および第２の絞り８を配置した場合に比べて空間分解能が悪化していることがわかった。換言すると、本実施形態のように第１の絞り７および第２の絞り８を配置することで、得られる質量イメージの空間分解能を向上させることができた。
【０１１６】
（第４の実施形態）
本実施形態における荷電粒子イメージ測定器２１２は、荷電粒子レンズ４０１が磁場型の荷電粒子レンズ４０３であることを除き、第１の実施形態に係るイメージ測定器２０１と同様である。
【０１１７】
図６（ａ）に示すように、磁場レンズである磁場型の荷電粒子レンズ４０３は、引出し電極４１に対して試料２の下流側に設置される。磁場型の荷電粒子レンズ４０３はイオンの飛行方向に平行な磁場成分を発生させることでイオンを収束させる。
【０１１８】
本実施形態では、第１の絞り７を荷電粒子レンズ４０３の主平面の位置（ＰＰ）の近傍に、第２の絞り８を荷電粒子レンズ４０３のクロスオーバーの位置（ＣＯ）の近傍に配置している（図６（ａ））。なお、第１の絞り７および第２の絞り８を配置する位置は、第１〜第３の実施形態と同様にしてもよい。本実施形態においても、第１の絞りと第２の絞りを設置することにより荷電粒子イメージ測定器の空間分解能を向上させる効果を発揮する。
【０１１９】
（第５の実施形態）
本実施形態におけるイメージング質量分析装置１０２（図６（ｂ））は、イオン化部としてイオン銃１の代わりにレーザー光源１６を有することを除き、第１の実施形態に係る分析装置１０１と同様である。
【０１２０】
レーザー光源１６が発するレーザー光Ｃは紫外レーザー光、赤外レーザー光や、可視レーザー光のいずれであってもよい。レーザー光源１６から放出されたレーザー光Ｃは、光学窓１７を介して真空容器６中の試料２に入射し、その表面よりイオンを放出させる。なお、試料２はマトリクス剤を付与されたものであってもよい。マトリクス剤を付与された試料２に対してレーザー光を照射してイオン化を行う方法は、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化法）と呼ばれる。
【０１２１】
試料２から放出されたイオンの像（イメージ）が荷電粒子レンズ４により検出器５に結像されることは、第１の実施形態と同様である。本実施形態では、レーザー光Ｃはパルス化されているため、パルス的にイオンが放出される。したがって、レーザー光Ｃが試料２を照射する時刻から、検出器５でイオンが検出される時刻までの経過時間が飛行時間となる。
【０１２２】
かかるように、レーザー光Ｃの照射により試料２から放出されたイオンの像（イメージ）を検出器５に結像させ、飛行時間を測定することにより、イメージング質量分析を行うことが可能となる。
【０１２３】
イメージング質量分析装置１０２では、投影倍率を変更しても質量電荷比を精度良く測定することに加え、マトリクス剤を付与した試料をレーザー光で照射することにより、生体分子等の高分子を感度良く検出することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
３  試料ステージ
５  二次元イオン検出器
７  第１の絞り
８  第２の絞り
２０１  荷電粒子イメージ測定器
Ｂ  二次イオンの軌道
【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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