本申請要求2014年9月22日提交的、標題為“ISOLATION OF CHARGED PARTICLE OPTICS FROM VACUUM CHAMBER DEFORMATIONS(帶電粒子光學器件與真空室變形的隔離)”的美國專利申請14/493,589的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用整體并入本申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及安裝在真空室中的帶電粒子光學器件與真空室變形隔離，以保持帶電粒子光學器件的對準。帶電粒子光學器件和真空室可以是用在諸如質(zhì)譜分析儀和/或電子顯微鏡等分析或者檢驗儀器中的類型。

背景技術(shù)：

真空室是以流體密封的方式封閉內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)部可以保持在期望的真空級流體壓力。該結(jié)構(gòu)可以包括限定內(nèi)部的邊界的一個以上壁。真空室外部環(huán)境的周圍壓力可以是高得多的壓力，例如大氣壓力(760Torr)。因此，室壁兩側(cè)上的壓力差可能相當大，例如跨越幾個數(shù)量級。施加到室壁的力正比于室壁的暴露表面積和壓力差，F(xiàn)＝A(P_ATM-P_VAC)，并且將在室壁中引起應力和應變。當真空室的尺寸與其壁的厚度相比而言較大時，由于所述壓力差而經(jīng)受的力將在壁上引起能夠在壁中導致大變形的應變，例如在數(shù)微米(μm)到數(shù)百微米(幾分之一毫米(mm))的數(shù)量級上的變形。

分析儀器利用真空室來促成帶電粒子光學部件(或簡稱為“光學器件”)在控制粒子運動中的操作，例如整形、轉(zhuǎn)向、加速或減速例如離子束、電子束等帶電粒子束。對于這種應用，一個以上帶電粒子光學部件可以安裝到真空室的一個以上壁的內(nèi)側(cè)。帶電粒子光學器件通常需要精確對準，對準公差在一個以上微米到幾十微米的數(shù)量級上。室壁的變形可能導致帶電粒子光學器件的失準。

這種分析儀器的一個示例是質(zhì)譜分析(MS)系統(tǒng)，其分析相關(guān)樣品以產(chǎn)生質(zhì)譜，即指示作為其質(zhì)荷比(也簡稱為“m/z比”，或更簡單地稱為“質(zhì)量”)函數(shù)的所測出離子的相對豐度的一系列峰。MS系統(tǒng)通常按照工藝流程的順序包括用于離子化樣品分子的離子源，隨后是提供各種功能的一個以上中間離子處理裝置，隨后是基于離子不同的m/z比來分離離子的質(zhì)量分析器，隨后是按質(zhì)量分選出來的離子所到達的離子檢測器。取決于設(shè)計，離子源可以在真空或大氣壓下操作。其余裝置按順序包括真空室。真空室通過密封接口與真空系統(tǒng)流體連通。真空系統(tǒng)包括一個以上真空泵，真空泵根據(jù)需要可以是不同類型泵的組合，用以實現(xiàn)所需真空水平。真空系統(tǒng)被構(gòu)造為在各個真空室中提供獨立受控的真空級氣體壓力?？梢圆僮髡婵障到y(tǒng)，使得各個室將氣體壓力一個接一個地降低到前一個室的水平之下，最終降低到操作質(zhì)量分析器所需的非常低的壓力(非常高的真空，例如，范圍為10^-4至10^-9Torr)。因此，MS系統(tǒng)引導離子束通過一個以上真空室，并最終到達包含質(zhì)量分析器的真空室。為此，在真空室中安裝各種離子光學器件。在易于變形的真空室中，離子光學器件必須以將其與所述變形充分隔離的方式安裝。否則，離子光學器件可能被移動而失去適當對準，因此對離子束的控制造成不利影響，這種不利影響可能導致離子損失、受損的和/或不準確的束傳輸、所獲取的分析數(shù)據(jù)的劣化，以及其它問題。

因此，需要將帶電粒子光學器件與其中安裝帶電粒子光學器件的真空室的變形隔離。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決本領(lǐng)域技術(shù)人員可能已經(jīng)觀察到的全部或部分的上述問題和/或其它問題，本發(fā)明提供在以下提出的實現(xiàn)方式中作為示例描述的方法、過程、系統(tǒng)、設(shè)備、儀器和/或裝置。

根據(jù)一個實施例，一種帶電粒子處理設(shè)備包括：真空室，所述真空室包括室壁；光學器件板；安裝到所述光學器件板的帶電粒子光學器件；多個聯(lián)接在所述光學器件板和室壁之間的安裝構(gòu)件，其中所述安裝構(gòu)件被構(gòu)造用于相互協(xié)作地約束光學器件板的6個自由度。

根據(jù)另一個實施例，一種帶電粒子處理設(shè)備包括：真空室，所述真空室包括室壁；光學器件板；安裝到所述光學器件板的帶電粒子光學器件；多個聯(lián)接在所述光學器件板和室壁之間的安裝構(gòu)件，其中所述安裝構(gòu)件中的至少一個能夠響應于室壁的變形在至少一個方向上移動或者撓曲。

根據(jù)另一實施例，一種質(zhì)譜分析(MS)系統(tǒng)包括：離子源；質(zhì)譜儀；根據(jù)本申請公開實施例中任一個所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中所述MS系統(tǒng)限定從所述離子源到所述質(zhì)量分析器的離子路徑，并且所述離子路徑通過所述真空室。

在一些實施例中，所述離子處理設(shè)備設(shè)置在所述離子源上，或者是所述離子源的一部分。在其它實施例中，離子處理設(shè)備設(shè)置在離子源和質(zhì)譜儀之間。在其它實施例中，離子處理設(shè)備設(shè)置在質(zhì)譜儀上，或者是質(zhì)譜儀的一部分。

根據(jù)另一實施例，一種用于組裝帶電粒子處理設(shè)備的方法包括：通過將多個安裝構(gòu)件聯(lián)接在光學器件板和平臺之間，而將所述光學器件板安裝到平臺，其中所述平臺在所述帶電粒子處理設(shè)備的真空室外部；將帶電粒子光學器件組裝在所述光學器件板上；使所述帶電粒子光學器件對準；將所述安裝構(gòu)件從所述平臺分開；將光學器件板從所述平臺傳送到所述真空室；通過將所述安裝構(gòu)件聯(lián)接到所述真空室的室壁而將所述光學器件板安裝到所述室壁。

在一些實施例中，所述安裝構(gòu)件聯(lián)接在所述光學器件板和所述室壁之間的空間布置，與所述安裝構(gòu)件之前聯(lián)接在所述光學器件板和所述平臺之間的空間布置基本相同。

在一些實施例中，所述安裝構(gòu)件被構(gòu)造用于相互協(xié)作地約束光學器件板的6個自由度，并且所述安裝構(gòu)件中的至少一個能夠響應于室壁的變形在至少一個方向上移動或者撓曲。

在研究了以下附圖和詳細描述之后，本發(fā)明的其它裝置、設(shè)備、系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是或?qū)⒆兊蔑@而易見。所有這樣的附加系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點旨在包括在本說明書內(nèi)、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且由所附權(quán)利要求保護。

附圖說明

通過參考以下附圖可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的部件不一定是按比例的，而是重點在于示出本發(fā)明的原理。在全部各個附圖中，相同的附圖標記指示相應的部分。

圖1A是根據(jù)一些實施例的帶電粒子處理設(shè)備示例的示意性透視圖。

圖1B是圖1A所示帶電粒子處理設(shè)備在真空室壁變形之后的示意性主視圖。

圖2A是根據(jù)一個實施例的安裝構(gòu)件示例的透視圖。

圖2B是圖2A所示安裝構(gòu)件在響應于安裝構(gòu)件所附接到的下方真空室壁的變形而移動之后的主視圖。

圖3A和3B是根據(jù)一些實施例的光學器件板以及支撐光學器件板的安裝構(gòu)件的不同布置和構(gòu)造示例的示意性透視圖。

圖4A是根據(jù)一些實施例上面可支撐真空室的框架示例的透視圖。

圖4B是圖4A所示框架的俯視圖。

圖5A是根據(jù)一些實施例的真空室示例的仰視透視圖。

圖5B是圖5A所示真空室的俯視圖，其中真空室的上室壁(例如，蓋)被移除。

圖6是根據(jù)一些實施例的質(zhì)譜分析(MS)系統(tǒng)示例的示意圖。

具體實施方式

圖1A和1B分別是根據(jù)一些實施例的帶電粒子設(shè)備示例的示意性透視圖和主視圖。帶電粒子設(shè)備一般地說可以是在受控真空環(huán)境中處理帶電粒子(例如，離子、電子等)的任何設(shè)備，諸如通過影響帶電粒子的運動或能量、引起與帶電粒子的相互作用或反應，測量、檢測或者感測帶電粒子。在一些實施例中，真空可以是高真空(例如，10^-4Torr的數(shù)量級)或非常高的真空(例如，10^-9Torr的數(shù)量級)。帶電粒子設(shè)備通?？梢园ㄕ婵帐乙约霸O(shè)置在真空室中的帶電粒子光學器件。帶電粒子光學器件(或更簡單地，“光學器件”)可以經(jīng)由安裝構(gòu)件安裝到真空室的一個以上內(nèi)表面，如下面的實施例所述。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“帶電粒子光學器件”或“光學器件”可以指單個光學裝置或部件，或者是多個光學裝置或部件(例如，光學系統(tǒng)、組件或集合體)。多個光學裝置或部件可以是一個以上不同類型的光學裝置或部件的組合。光學器件可以是有源的(由能量輸入提供動力)或無源的。光學器件可以是靜電的、電磁的或磁性的光學器件。通常，光學器件被構(gòu)造為以期望的方式影響帶電粒子的運動，或者檢測或測量帶電粒子。

為了在本申請教導的主題的廣泛方面內(nèi)提供示例的目的，帶電粒子設(shè)備在圖1A和1B中示出，并且在下面針對離子處理設(shè)備100描述。上述的行為要有這樣的理解：帶電粒子設(shè)備不限于是離子處理設(shè)備，而是可以是其他類型的帶電粒子設(shè)備，因此帶電粒子光學器件不限于離子光學器件，如本發(fā)明中其它地方所述的。

離子處理設(shè)備100總的來說可以是在受控真空環(huán)境中處理離子的任何設(shè)備。離子處理設(shè)備的示例包括但不限于離子傳輸裝置、離子導向器、束整形裝置、離子冷卻器、離子碎裂裝置、離子阱、質(zhì)量分析器，等等。離子處理設(shè)備100包括真空室104。真空室104包括以足以使得室內(nèi)部中的內(nèi)部氣體壓力能夠被控制并保持在期望的高或非常高的真空水平的流體密封方式包圍室內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以包括一個以上室壁108。在圖1A和1B中，省略了結(jié)構(gòu)的前部以使室內(nèi)部可見。該結(jié)構(gòu)一般地說可以具有限定室內(nèi)部的任何三維幾何形狀。在所示實施例中，該結(jié)構(gòu)具有直線(平行六面體)幾何形狀，但是在其實施例中可以包括彎折特征。在一些實施例中，如圖所示，幾何形狀為提供平坦的底部內(nèi)表面112。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，該結(jié)構(gòu)還可以包括在真空室104的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)中一個以上側(cè)面上的一個以上加強構(gòu)件(未示出)，例如肋、板、角撐板、桁架、梁等。

離子處理設(shè)備100還包括離子光學器件116。離子光學器件的示例包括但不限于電極、透鏡、離子偏轉(zhuǎn)器、離子柵、離子導向器、離子漏斗、離子束整形器、離子分割器、離子束匯聚器、離子反射鏡和離子檢測器。

在一些實施例中，離子處理設(shè)備100被構(gòu)造用于將離子束120從另一個裝置(在真空室104外部)傳輸?shù)诫x子光學器件116，在這種情況下，離子處理設(shè)備100包括與離子光學器件116對準的離子入口124。離子入口124可以包括具有流體密封接口的孔(例如饋通孔)，并且還可以包括或用作離子光學器件。在一些實施例中，離子處理設(shè)備100被構(gòu)造為將離子束128從離子光學器件116傳輸?shù)搅硪粋€裝置，在這種情況下，離子處理設(shè)備100包括與離子光學器件116對準的離子出口132。離子出口132同樣可以包括密封的孔，并且還可以包括或用作離子光學器件。離子處理設(shè)備100還包括穿過室壁108形成的真空端口(未示出)，該真空端口將離子處理設(shè)備100與真空系統(tǒng)流體聯(lián)接。根據(jù)該實施例，離子處理設(shè)備100可以包括其它的密封孔，以用于諸如提供氣體入口、容納電線等的目的。

離子處理設(shè)備100還包括光學器件板136，離子光學器件116布置在該光學器件板136上并安裝在固定的、精確對準的位置。光學器件板136可以提供支撐離子光學器件116的平坦表面，并且可以相對于真空室104的內(nèi)側(cè)底表面112和/或離子入口124和/或離子出口132定位在精確的高度。光學器件板136可以包括用于離子光學器件116的各種安裝特征(孔、支架等)。在圖1A中，僅作為示例，光學器件板136沿水平取向。在其它實施例中，光學器件板136可以豎直取向，或取向成與水平或豎向平面成一定角度。此外，光學器件板136不限于安裝到內(nèi)側(cè)底表面112，而是可以安裝到任何的內(nèi)表面，并且此外，可以安裝到多于一個內(nèi)表面。

離子處理設(shè)備100還包括聯(lián)接在光學器件板136和真空室104的一個以上內(nèi)表面之間的多個內(nèi)部安裝構(gòu)件140。僅作為示例，圖1A示出了聯(lián)接在光學器件板136和真空室104的底部內(nèi)表面112之間的內(nèi)部安裝構(gòu)件140。每個內(nèi)部安裝構(gòu)件140可以包括牢固地附接到光學器件板136的第一端142和牢固地附接到底部內(nèi)表面112(或者，在其它實施例中，真空室104的另一內(nèi)表面)的第二端144。在一些實施例中，一個以上的內(nèi)部安裝構(gòu)件140可以使用緊固件(例如，螺栓)附接或聯(lián)接。

一般地說，內(nèi)部安裝構(gòu)件140所具有的構(gòu)造(即結(jié)構(gòu)、幾何形狀和材料組成)能有效用于將光學器件板136以及因此將離子光學器件116與可能在真空室104的結(jié)構(gòu)中由于室內(nèi)部和環(huán)境之間的壓力差產(chǎn)生的任何變形隔離。所述隔離防止這種變形導致光學器件板136(并且因此導致離子光學器件116)在任何方向上的任何可感知的移動(例如，平移、旋轉(zhuǎn)、彎折、扭轉(zhuǎn))和/或在光學器件板136中形成任何可感知的應力和/應變。因此，所述隔離防止這種變形在操作期間在離子光學器件116中引起不期望的失準。在本申請上下文中，術(shù)語“可感知”考慮到在不會對保持離子光學器件116所需的對準有害的公差范圍內(nèi)，允許一些非常小的移動和/或應力/應變。換句話說，任何這樣的移動或應力/應變將被認為是可忽略的，并且所實現(xiàn)的隔離仍然被認為是有效的。

一般地說，可以提供任何數(shù)量的內(nèi)部安裝構(gòu)件140，并且內(nèi)部安裝構(gòu)件140可以以任何型式布置在光學器件板136上。在一些實施例中，根據(jù)需要實施內(nèi)部安裝構(gòu)件140的數(shù)量、布置和相應構(gòu)造，提供一種適當運動約束支撐系統(tǒng)，用于有效隔離和定位光學器件板136(以及因此離子光學器件116)。適當約束的運動系統(tǒng)提供對6個自由度(DOF)的約束，這6個自由度對應于分別沿著x軸、y軸和z軸的三個平移，以及分別圍繞x軸(在y-z平面中)、y軸(在x-z平面中)和z軸(在x-y平面中)的三個旋轉(zhuǎn)。在典型實施例中，設(shè)置至少三個內(nèi)部安裝構(gòu)件140，其中兩個在圖1A中示出。在一些實施例中，所提供的內(nèi)部安裝構(gòu)件140的數(shù)量范圍從三個到六個。一般地說，使用三到六個安裝構(gòu)件140來實現(xiàn)適當約束的運動系統(tǒng)，但是在本申請公開的主題的廣泛方面中，內(nèi)部安裝構(gòu)件140的總數(shù)不限于三到六個。下面描述內(nèi)部安裝構(gòu)件140的實施例的示例。

如圖1A所示，離子處理設(shè)備100可以設(shè)置在底座或平臺148上。底座148可以包括適于支撐離子處理設(shè)備100的任何表面。作為示例，底座148可以是結(jié)構(gòu)框架、桌子、長凳或地板。外部安裝構(gòu)件152可以聯(lián)接在真空室104和底座148之間。所設(shè)置的外部安裝構(gòu)件152的數(shù)量可以大于或小于內(nèi)部安裝構(gòu)件140的數(shù)量。外部安裝構(gòu)件152的構(gòu)造可以與內(nèi)部安裝構(gòu)件140的構(gòu)造相同、相似或不同。一個以上的外部安裝構(gòu)件152可以直接位于一個以上內(nèi)部安裝構(gòu)件140下方或附近。在一些實施例中，外部安裝構(gòu)件152的至少一個子集具有與內(nèi)部安裝構(gòu)件140相同的空間布置，所述子集的每個外部安裝構(gòu)件152位于相應內(nèi)部安裝構(gòu)件140正下方或附近，如圖1A中部分所示。該實施例確保了當真空室104可能因其外部和內(nèi)部之間的不同真空而表現(xiàn)出變形時，光學器件板136和離子光學器件116的位置將相對于底座148保持不變。這進而將確保鄰近真空室104的系統(tǒng)或裝置(例如，經(jīng)由離子入口124或離子出口132與真空室104連通的系統(tǒng)或裝置)與真空室104內(nèi)的光學器件116之間的對準將被維持。

圖1B是離子處理設(shè)備100的示意性主視圖。圖1B示出了真空室104的變形示例。為了簡單起見，圖1B僅示出了真空室104底側(cè)的變形，包括底部內(nèi)表面112，在本示例中，底部內(nèi)表面112是支撐光學器件板136的內(nèi)表面。然而將理解的是，壓力差可以是大體各向同性的，使得也可以發(fā)生真空室104頂側(cè)和側(cè)面的變形。在該示例中，從圖1B的視角看，真空室104的底側(cè)朝向室內(nèi)部彎折或凹陷。特別是，底部內(nèi)表面112已經(jīng)從名義上平坦并且與如圖1A所示光學器件板136平行的位置移動到圖1B所示的變形位置。變形的輪廓不一定是均勻的，而是可以是不規(guī)則的，并且可能局限于室結(jié)構(gòu)的某些區(qū)域(和/或在所述某些區(qū)域更明顯)。變形的輪廓可以取決于真空室104的幾何形狀和所提供的任何加強構(gòu)件的構(gòu)造。相對于圖1B所示的離子處理設(shè)備100的尺度，出于說明的目的夸大了變形的程度。

圖1B還示出了內(nèi)部安裝構(gòu)件140對變形響應的一個示例。一般地說，內(nèi)部安裝構(gòu)件140被構(gòu)造用于保持光學器件板136(并且因此離子光學器件116)沒有應力/應變(即，沒有變形)，并且相對底座148處于相同的相對固定位置(在可接受的公差范圍內(nèi)，如上所述)，即使在底部內(nèi)表面112已經(jīng)變形之后也是如此。在一些實施例中，這種構(gòu)造可以通過每個內(nèi)部安裝構(gòu)件140(或其一部分)在至少一個方向上能移動和/或彎折(或順應)來實現(xiàn)，從而適應或抵消底部內(nèi)表面112的變形。內(nèi)部安裝構(gòu)件140的合成移動和/或彎折可能需要沿著一個以上軸的平移和/或圍繞一個以上軸的旋轉(zhuǎn)。作為替代或作為附加，每個內(nèi)部安裝構(gòu)件140的移動可能需要內(nèi)部安裝構(gòu)件140的至少一部分發(fā)生一種以上類型的變形，例如彎折、扭轉(zhuǎn)、壓縮、拉伸和/或多次旋轉(zhuǎn)和/平移。在一些實施例中，每個內(nèi)部安裝構(gòu)件140的第二端144可以以與底部內(nèi)表面112的移動互補的方式移動和/或撓曲，同時每個內(nèi)部安裝構(gòu)件140的第一端142保持(基本上)固定在避免光學器件板136變形和保持離子光學器件116對準所需的位置。在其它實施例中，每個內(nèi)部安裝構(gòu)件140的第一端142和第二端144都可以以導致光學器件板136變形得以避免、保持離子光學器件116對準的方式移動和/或撓曲。

如上所述，外部安裝構(gòu)件152的構(gòu)造可以與內(nèi)部安裝構(gòu)件140的構(gòu)造相同或類似，并且因此可以以相同或類似的方式響應真空室變形。作為替代，外部安裝構(gòu)件152可以被構(gòu)造成主要用于在支撐底座148和系統(tǒng)100之間隔離振動，在這種情況下，與內(nèi)部安裝構(gòu)件140相比，外部安裝構(gòu)件152可以響應于真空室變形而以更受限的程度移動或變形。

圖2A是根據(jù)一個實施例的內(nèi)部安裝構(gòu)件240一個非限制性示例的透視圖。為了舉例說明的目的，圖2A包括笛卡爾參照系，其由限定橫向平面的相互正交的x軸和y軸(或第一橫向軸和第二橫向軸)和正交于所述橫向平面且對應于圖1A、1B、2A和2B視角的高度的z軸組成。x軸、y軸和z軸也可以分別稱為x方向(或第一橫向方向)、y方向(或第二橫向方向)和z方向。內(nèi)部安裝構(gòu)件240具有沿著x軸的長度、沿著y軸的寬度和沿著z軸的高度。在該實施例中，內(nèi)部安裝構(gòu)件240被構(gòu)造為沿著z軸是硬的(剛性的)、沿著x軸是剛性的并且沿著y軸能移動。如下面示例所描述的，可以通過對內(nèi)部安裝構(gòu)件240的幾何形狀的設(shè)計來實現(xiàn)這種構(gòu)造。在本上下文中，“硬”或“剛性”意味著內(nèi)部安裝構(gòu)件240將不會響應于沿指示方向(在本實施例中的x方向和z方向)施加的力/壓力而可感知地移動。盡管如此，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可以被構(gòu)造為在x方向和z方向上表現(xiàn)出微小量的彈性變形。例如，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可以由柔韌性足以允許發(fā)生必要變形而不會發(fā)生塑性變形的材料構(gòu)成，例如鋁6061T6或不銹鋼301或302。然而，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可以被構(gòu)造成在所選擇的另一方向(在本實施例中，為y方向)上能明顯更多地移動。在一些實施例中，這通過將兩個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成直線位移來實現(xiàn)，例如通過將雙(雙重)鉸鏈結(jié)合到內(nèi)部安裝構(gòu)件240中實現(xiàn)。在一些實施例中，雙鉸鏈可以是雙撓曲鉸鏈。

在本實施例中，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可以由于能夠在z軸上的一個以上高度處繞x軸彎折或樞轉(zhuǎn)(即，在y-z平面中可彎折或可樞轉(zhuǎn))，而能夠沿著y軸移動。例如，在所示的實施例中，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可圍繞與位于圖2A中內(nèi)部安裝構(gòu)件240底端的參考x軸(z＝0)平行的兩個樞轉(zhuǎn)軸線彎折，即第一樞轉(zhuǎn)軸線262和第二樞轉(zhuǎn)軸線264。在該示例中，通過在內(nèi)部安裝構(gòu)件240的位于x-z平面中的兩個側(cè)面上沿著x軸形成兩個通道來實現(xiàn)彎折屬性。具體地說，內(nèi)部安裝構(gòu)件240包括設(shè)置在第一樞轉(zhuǎn)軸線262的相反兩側(cè)上的、相反的一對第一通道266和268，以及設(shè)置在第二樞轉(zhuǎn)軸線264的相反兩側(cè)上的、相反的一對第二通道272和274。結(jié)果，內(nèi)部安裝構(gòu)件240在y-z平面中的相反兩側(cè)每一側(cè)都具有第一區(qū)域278，第一區(qū)域278的橫截面減小(例如，第一通道266和268之間的長度減小)，且因此慣性矩減小，第一樞轉(zhuǎn)軸線262穿過第一區(qū)域278。另外，內(nèi)部安裝構(gòu)件240在y-z平面中的相反兩側(cè)每一側(cè)都具有第二區(qū)域280，第二區(qū)域280的橫截面減小(例如，在第二通道272和274之間的長度減小)，于是慣性矩減小，第二樞轉(zhuǎn)軸線264穿過第二區(qū)域280。通道266、268、272和274可以如圖所示的曲線形或多邊形截面，或者同時包括曲線形和多邊形的截面。

在一些實施例中，所示實施例的內(nèi)部安裝構(gòu)件240可以被認為是包括兩個撓性接頭(運動副)和三個連桿的順應性機構(gòu)。具體地說，內(nèi)部安裝構(gòu)件240具有包括第一樞轉(zhuǎn)軸線262并環(huán)繞第一區(qū)域278的第一撓性接頭，以及包括第二樞轉(zhuǎn)軸線264并環(huán)繞第二區(qū)域280的第二撓性接頭。第一撓性接頭互連兩個連桿，即內(nèi)部安裝構(gòu)件240的第一(下部)區(qū)段284(或第一連桿)和第二(中間)區(qū)段286(或第二連桿)。第二撓性接頭也互連兩個連桿，即內(nèi)部安裝構(gòu)件240的第二連桿區(qū)段286和第三(上部)區(qū)段288(或第三連桿)。每個撓性接頭可以用作旋轉(zhuǎn)(或鉸接)接頭，其僅對連接到該撓性接頭的兩個連桿之間的相對移動提供一個自由度(DOF)。在每個撓性接頭處，唯一的自由度是在y-z平面中的旋轉(zhuǎn)。如上所述，互連的連桿繞兩個撓性接頭的相對旋轉(zhuǎn)可以被轉(zhuǎn)換為沿著y軸的橫向位移?？傮w上，內(nèi)部安裝構(gòu)件240的雙鉸鏈構(gòu)造提供了兩個自由度，同時限制沿x軸和z軸的平移以及繞y軸和z軸的旋轉(zhuǎn)。

在其它實施例中，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可構(gòu)造成包括單個鉸鏈或單個撓性鉸鏈。例如，內(nèi)部安裝構(gòu)件240可以包括單對相反通道，該單對相反通道限定了具有橫截面減小了的單個區(qū)域并且因此限定了單個樞轉(zhuǎn)軸線。在這種情況下，內(nèi)部安裝構(gòu)件240將提供一個自由度(圍繞該單個樞轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn))。

圖2B是內(nèi)部安裝構(gòu)件240在響應于其下方的內(nèi)部安裝構(gòu)件240附接于其上的真空室104的底部內(nèi)表面112的變形模式示例(圖1B)而移動或者撓曲之后，在y-z平面中的正視圖。在該示例中，底部內(nèi)表面112的變形實際上導致第二區(qū)段286相對于第一區(qū)段284圍繞第一樞轉(zhuǎn)軸線262旋轉(zhuǎn)，如箭頭292所示，并且導致第二區(qū)段286相對于第三區(qū)段288圍繞第二樞轉(zhuǎn)軸線264旋轉(zhuǎn)，如箭頭294所示。在所示的示例中，所述變形導致內(nèi)部安裝構(gòu)件240在第一區(qū)段284處沿著y軸橫向(水平)位移，如箭頭296所示，以及導致內(nèi)部安裝構(gòu)件240在第三區(qū)段288處沿著z軸發(fā)生小得多的高度上(豎直)的位移，如箭頭298所示。

作為示例，假設(shè)兩個樞轉(zhuǎn)軸線262、264之間的距離為25.4mm(約1英寸)，并且變形后的橫向位移296為10μm(0.01mm)。在發(fā)生橫向位移296之后，兩個樞轉(zhuǎn)軸線262、264之間的距離對應于直角三角形的斜邊c。直角三角形的水平邊b對應于橫向位移296，另一個邊a沿著z軸(在橫向位移之前，兩個樞轉(zhuǎn)軸線262和264之間的距離方位)設(shè)置。通過勾股定理a＝(c²-b²)^1/2，因此，在本示例中，a＝((25.4)²-(0.01)²)^1/2＝25.399998mm。a和c之間的差對應于光學器件板136因變形而產(chǎn)生的高度位移298。在該示例中，高度位移298為25.4-25.399998＝0.000002mm(0.002μm)，因此可忽略。更一般地說，考慮到利用帶電粒子處理設(shè)備的寬范圍應用所構(gòu)造的變形規(guī)模，高度位移298對于由光學器件板136支撐的光學器件116來說在可接受的公差范圍內(nèi)。更重要的是，根據(jù)本申請公開的實施例提供的內(nèi)部安裝構(gòu)件240，可以防止真空室壁的變形被轉(zhuǎn)換成光學器件板136本身的變形或扭曲，從而避免光學器件116的失準。

應當注意，圖2B中所示的橫向位移296和高度位移298僅僅是示例。在其它實施例中，橫向位移296(左或右)的全部或部分可以發(fā)生在第三區(qū)段288，并且高度位移298的全部或部分(向上或向下)可以發(fā)生在第一區(qū)段284。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，如上所述，可以提供多個內(nèi)部安裝構(gòu)件以支撐光學器件板136。所有內(nèi)部安裝構(gòu)件可以聯(lián)接到真空室104的同一內(nèi)表面，如在圖1A和1B示例所示的實施例中。作為替代，內(nèi)部安裝構(gòu)件可以分別聯(lián)接到一個以上不同的內(nèi)表面，如上所述。一個以上內(nèi)部安裝構(gòu)件可以根據(jù)圖2A和2B所示的實施例(內(nèi)部安裝構(gòu)件240)構(gòu)造。與圖2A和2B所示內(nèi)部安裝構(gòu)件240所約束的自由度相比，一個以上其它內(nèi)部安裝構(gòu)件可以被構(gòu)造成對更少或更多的自由度施加約束，只要不同內(nèi)部安裝構(gòu)件的組合形成適當運動約束支撐系統(tǒng)。提供內(nèi)部安裝構(gòu)件的適當組合導致一種適當運動約束支撐系統(tǒng)，其中所有六個自由度都受到約束，從而提供對光學器件板136(以及因此光學器件116)的有效隔離和定位。

在一些實施例中，內(nèi)部安裝構(gòu)件的組合不多也不少地對相應的六個自由度恰好提供六個約束，使得系統(tǒng)既不欠約束也不過約束。欠約束系統(tǒng)將允許光學器件板136在缺失約束的方向上移動(平移或旋轉(zhuǎn))，而過約束系統(tǒng)將引起可能足以導致光學器件板136變形的應力/應變。在一些實施例中，內(nèi)部安裝構(gòu)件的組合可以提供準運動(或偽運動，或半運動)系統(tǒng)，其稍微過約束但不足以導致光學器件板136響應于真空室104的變形而可感知地變形。此外，在實踐中，內(nèi)部安裝構(gòu)件中的一個以上可能需要至少部分地通過使用諸如螺栓等緊固件聯(lián)接到光學器件板136和/或真空室140，這種聯(lián)接可能將一些過約束引入到系統(tǒng)。

圖3A和3B是光學器件板136以及內(nèi)部安裝構(gòu)件不同布置和構(gòu)造的非限制性示例的示意性透視圖。內(nèi)部安裝構(gòu)件由它們在光學器件板136處的安裝位置和它們對光學器件板136的移動施加的平移約束類型示意性地示出。一般地說，在圖3A和3B中安裝位置是任意選擇的，但是相對安裝位置的某些布置對于約束圍繞一個以上軸的旋轉(zhuǎn)可能是期望的，這一點本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解。

圖3A示出了提供三個內(nèi)部安裝構(gòu)件的一個示例，具體地說，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A、第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340C，這些安裝構(gòu)件可以彼此間隔一定距離。第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A位于光學器件板136的與第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340C所在的一側(cè)相反的一側(cè)。如圖所示，在光學器件板136是多邊形的情況下，內(nèi)部安裝構(gòu)件340A、340B和340C所在的側(cè)可以是邊緣。在本申請上下文中，術(shù)語“位于...處”可以涵蓋術(shù)語“位于...附近”。也就是說，給定的內(nèi)部安裝構(gòu)件不需要正好安裝在一側(cè)(或邊緣)處，而是可以安裝在從該側(cè)向內(nèi)一些距離的位置處。一般地說，如果給定的內(nèi)部安裝構(gòu)件位于(或接近)給定側(cè)，則其位置比與給定側(cè)相反的一側(cè)更靠近所述給定側(cè)。在光學器件板136是多邊形的情況下，內(nèi)部安裝構(gòu)件340A、340B和340C中的一個以上可以位于(或接近)光學器件板136的一個以上角。

在圖3A中，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A被構(gòu)造為僅在沿著z軸的方向上提供約束，如箭頭z₁所示。也就是說，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A沿著z軸是剛性的或硬的。例如，在光學器件板136水平取向的所示實施例中，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A只是從下方支撐光學器件板136。因此，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A可以提供與光學器件板136的單點(或小面積)接觸，例如通過提供球形表面或小平面表面來實現(xiàn)。第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A本身不對光學器件板136沿x軸或y軸的平移提供任何約束，因此能在這些方向上移動或者撓曲。此外，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A本身不對光學器件板136繞x軸、y軸或z軸中任一個的旋轉(zhuǎn)提供任何約束。

第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B被構(gòu)造為用于在沿著y軸和z軸的方向上提供約束，如箭頭y₁和z₂所示。例如，第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B可以包括與光學器件板136的側(cè)面或邊緣抵靠的剛性或硬的表面，以沿著y軸的方向支撐光學器件板136。第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B本身對光學器件板136沿著x軸的平移或者光學器件板136圍繞x軸、y軸或z軸中任一個的旋轉(zhuǎn)不提供任何約束。

第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340C被構(gòu)造用于在沿著x軸、y軸和z軸中每一個的方向上提供約束，如箭頭x₁、y₂和z₃所示。

此外，內(nèi)部安裝構(gòu)件340A、340B和340C布置成對光學器件板136圍繞x軸、y軸和z軸中每一個的旋轉(zhuǎn)提供約束。圍繞x軸的旋轉(zhuǎn)由第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A(z₁)和第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B(z₂)約束，或者由第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340A(z₁)和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340C(z₃)約束。圍繞y軸的旋轉(zhuǎn)主要由第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B(z₂)和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340C(z₃)約束。圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)由第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B(y₁)和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340C(y₂)約束。

因此可以看出，內(nèi)部安裝構(gòu)件340A、340B和340C被構(gòu)造成提供總共六個約束(x₁+y₁+y₂+z₁+z₂+z₃)，并因此提供用于支撐光學器件板136的適當約束運動系統(tǒng)。

圖3B示出了提供四個安裝構(gòu)件的一個示例，具體地說，第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340D、第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340E、第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340F和第四內(nèi)部安裝構(gòu)件340G。第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340D被構(gòu)造為用于在沿著x軸、y軸和z軸中每一個的方向上提供約束，如箭頭x₁、y₁和z₁所示。第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340E被構(gòu)造成僅在沿著z軸的方向上提供約束，如箭頭z₂所示。第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340F被構(gòu)造為僅在沿著x軸的方向上提供約束，如箭頭x₂所示。第四內(nèi)部安裝構(gòu)件340G被構(gòu)造成僅在沿著z軸的方向上提供約束，如箭頭z₃所示。此外，繞x軸的旋轉(zhuǎn)由第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340D(z₁)和第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B(z₂)約束，或由第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340D(z₁)和第四內(nèi)部安裝構(gòu)件340G(z₃)約束。圍繞y軸的旋轉(zhuǎn)主要由第二內(nèi)部安裝構(gòu)件340B(z₂)和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340F(z₃)約束。圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)由第一內(nèi)部安裝構(gòu)件340D(x₁)和第三內(nèi)部安裝構(gòu)件340F(x₂)約束。因此可以看出，內(nèi)部安裝構(gòu)件340D、340E、340F和340G被構(gòu)造成提供總共六個約束(x₁+x₂+y₁+z₁+z₂+z₃)，并且因此提供用于支撐光學器件板136的適當約束運動系統(tǒng)。

應當理解，通過對自由度約束的不同組合，內(nèi)部安裝構(gòu)件的許多其它構(gòu)造(和相對安裝位置)是可能的，只要安裝系統(tǒng)提供六個約束的總數(shù)，以及此外，只要安裝系統(tǒng)能夠?qū)⒄婵帐业淖冃闻c安裝在真空室中的光學器件板分開。上述和圖2A至3B中所示的構(gòu)造僅僅是示例。此外，內(nèi)部安裝構(gòu)件的總數(shù)可以是五個或六個(或大于六個)，同樣，只要約束的總數(shù)為六(或者至少只要所得到的系統(tǒng)沒有被可感知地過約束)并且光學器件板有效地與真空室的變形隔離。

圖4A至5B示出了用于安裝構(gòu)件的布置的一個非限制性示例。圖4A和4B分別是用于支撐真空室的框架448的一個示例的透視圖和俯視圖。框架448可以對應于上述的并且在圖1A和1B中示出的底座148?？蚣?48可以具有在真空室下方提供空間的三維開放結(jié)構(gòu)。根據(jù)該實施例，真空設(shè)備、電線等可以設(shè)置在由框架448包圍的空間中，這一點本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解?？蚣?48具有框架長度(或第一邊)476、框架寬度(或第二邊)478以及在底邊和頂邊之間的高度。在本例中，第一外部安裝構(gòu)件452A、第二外部安裝構(gòu)件452B和第三外部安裝構(gòu)件452C安裝在框架448的上部。第一外部安裝構(gòu)件452A和第二外部安裝構(gòu)件452B沿著框架寬度478彼此間隔開，并且沿著框架長度476處于相同位置。在該具體示例中，第一外部安裝構(gòu)件452A和第二外部安裝構(gòu)件452B位于框架448中共享一個公共邊(沿著框架寬度478)的相應角處。第三外部安裝構(gòu)件452C沿著框架長度476與第一外部安裝構(gòu)件452A和第二外部安裝構(gòu)件452B間隔開，并且沿著框架寬度478設(shè)置在第一外部安裝構(gòu)件452A和第二外部安裝構(gòu)件452B之間的中間點處。在其它實施例中，多于三個的外部安裝構(gòu)件可以聯(lián)接在框架448和真空室之間。

在一些實施例中，外部安裝構(gòu)件452A、452B和452C可被構(gòu)造成提供用于支撐真空室的適當約束運動系統(tǒng)，類似于內(nèi)部安裝構(gòu)件支撐光學器件板的方式。例如，如圖4B所示，外部安裝構(gòu)件452A、452B和452C每個都包括水平取向的小面積板(任選的是，小面積板具有用于接收螺栓或其它緊固部件的孔)，用以沿著z軸(z₁、z₂和z₃)約束真空室。第一外部安裝構(gòu)件452A還包括取向成沿著y軸(y₁)約束真空室的小板。另外，第二外部安裝構(gòu)件452B包括取向成分別沿著x軸(x₁)和y軸(y₂)約束真空室的小板。z軸約束阻止圍繞x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)，y軸約束阻止圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)。在該示例中，外部安裝構(gòu)件452A、452B和452C被構(gòu)造為提供總共六個約束(x₁+y₁+y₂+z₁+z₂+z₃)，因此提供了適當約束運動系統(tǒng)。

圖5A是根據(jù)一些實施例的真空室504一個示例的仰視透視圖。真空室504的底側(cè)包括外側(cè)安裝特征582A、582B和582C，對應于相應外部安裝構(gòu)件452A、452B和452C(圖4A和4B)將被附接的安裝位置。圖5A還示出了真空室504可以包括加強構(gòu)件，以及用于提供各種密封接口的孔，如上所述。圖5B是真空室504的俯視圖，其中移除了真空室504的上室壁(例如，蓋子)。真空室504的底部內(nèi)表面512包括內(nèi)側(cè)安裝特征584A、584B和584C，對應于相應內(nèi)部安裝構(gòu)件(例如，如圖1A至3B所示的內(nèi)部安裝構(gòu)件)將被附接的安裝位置。在一些實施例中，內(nèi)側(cè)安裝特征584A，584B和584C(以及因此內(nèi)部安裝構(gòu)件)可以與外側(cè)安裝特征582A、582B和582C(且由此外部安裝構(gòu)件452A、452B和452C)位于相隔室壁的正對面(或在相隔室壁正對面的位置附近)，如上所述。

參考圖1，除了將安裝到光學器件板136的離子光學器件116與變形隔離之外，光學器件板136也可在組裝時提供顯著優(yōu)點。光學器件板136使離子光學器件116的所有部件能夠在真空室104(或圖5A和5B中的504)外部、即在將離子光學器件116轉(zhuǎn)移到真空室104或504中之前組裝、對準和測量。光學器件板136可以首先以與安裝在真空室104或504內(nèi)部時類似的方式被支撐。參考圖5B，例如，光學器件板136和內(nèi)部安裝構(gòu)件140(或圖2A和2B中的240，或圖3A或3B中的340)可以安裝到平臺(例如組裝臺)，該平臺提供與真空室504的內(nèi)側(cè)安裝特征584A、584B和584C相同的安裝特征，并且在相同的位置上。這允許使用在其它情況下在真空室504中不可能使用的計量儀器。一旦光學器件部件的集合體被適當安裝、對準和測量，則在其上適當?shù)匕惭b有組裝的離子光學器件116的光學器件板136然后可以被轉(zhuǎn)移到真空室504中，因為組件受到適當運動約束，而不會看到關(guān)于對準的任何尺寸變化。

圖6示出了用于上文所述和圖1A至4B中所示的離子處理設(shè)備100和相關(guān)聯(lián)的部件和特征的操作環(huán)境的示例。具體地說，圖6是根據(jù)一些實施例的質(zhì)譜分析(MS)系統(tǒng)600一個示例的示意圖。MS系統(tǒng)的各種部件的操作和設(shè)計是本領(lǐng)域技術(shù)人員一般來說已知的，因此不需要在本申請中詳細描述。相反，簡要地描述某些組件以便于理解當前公開的主題。

MS系統(tǒng)600一般地說可以包括多個離子處理設(shè)備和質(zhì)譜儀(MS)620，離子處理設(shè)備例如離子源604、一個以上離子傳輸裝置608、612和616(或離子處理裝置)。三個離子傳輸裝置608、612和616僅通過示例示出，因為其它實施例可包括多于三個、少于三個，或沒有。MS系統(tǒng)600包括串聯(lián)布置的多個室，使得每個室與至少一個相鄰(上游或下游)室連通。離子源604、離子傳輸裝置608、612和616以及MS 620中每一個都包括這些室中的至少一個。因此，MS系統(tǒng)600限定了大體上從離子源604的室、通過離子傳輸裝置608、612和616的室然后進入MS 620的室中的用于離子和氣體分子的流動路徑。從圖6的角度看，流動路徑大體從左向右指向。每個室通過至少一個結(jié)構(gòu)邊界(例如，壁)與相鄰室物理分離。所述壁包括至少一個開口以容納流動路徑。所述壁開口相對于室的整體尺寸可以相當小，因此用作限制氣體從前一個室到后面室的傳送的氣體傳導屏障，有助于對相鄰室中的相應真空水平進行獨立控制。所述壁可以用作電極或離子光學部件。作為替代或作為補充，電極和/或離子光學部件可以安裝到所述壁或設(shè)置成接近所述壁。任何室都可以包括一個以上離子光學器件。

至少一些室可以被構(gòu)造為真空室，并且因此可以被構(gòu)造為與上文所述并在圖1A、1B、5A和5B中示出的真空室104、504相同或相似。為此目的，MS系統(tǒng)600包括與這些室的真空端口連通的真空系統(tǒng)。在所示的實施例中，離子源604、離子傳輸裝置608、612和616以及MS 620中的每一個都包括至少一個室，這種室具有與真空系統(tǒng)連通的相應真空端口624、626、628、630和632。在操作中，每個室一個接一個地將氣體壓力降低為低于前一個室的水平，最終降低到以分析模式操作MS 620所需的非常高的真空水平(非常低的真空水平的氣體壓力，例如，10^-4至10^-9Torr)。在圖6中，真空端口624、626、628、630和632由寬箭頭示意性地表示。真空系統(tǒng)作為整體由這些寬箭頭示意性地表示，應理解真空系統(tǒng)包括從真空端口624、626、628、630和632通向一個以上真空產(chǎn)生泵和相關(guān)管道和其它部件的真空管線，這一點本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解。

離子源604可以是適于產(chǎn)生用于質(zhì)譜分析的分析物離子的任何類型的連續(xù)束或脈沖離子源。離子源604包括離子化室，樣品分子通過離子化裝置(未示出)分解成分析物離子。根據(jù)實施例，離子源604可以在真空級或大氣壓下操作。待離子化的樣品可以通過任何合適的方法引入離子源604，所述合適方法包括樣品是分析分離儀器的輸出634的連接技術(shù)(hyphenated techniques)，分析分離儀器例如是氣相色譜(GC)或液相色譜(LC)儀器(未示出)。離子源604可以包括漏除器(skimmer)642，漏除器642被構(gòu)造用于優(yōu)先地允許離子通過以到達下一個室，同時阻擋非分析物成分。在一些實施例中，漏除器642可以作為電極操作。離子源604還可以包括用于將產(chǎn)生的離子組織成可以有效地轉(zhuǎn)移到下一個室中的束的其它離子光學器件(未示出)。

離子傳輸裝置608、612和616還可以包括離子光學器件，現(xiàn)在將通過實施例的非限制性示例來描述。在一些實施例中，離子傳輸裝置608可以主要構(gòu)造為減壓級。為此目的，離子傳輸裝置608可以包括離子傳輸光學器件644，離子傳輸光學器件644被構(gòu)造為用于保持離子束沿著MS系統(tǒng)600的主光軸聚焦。離子傳輸光學器件644可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種構(gòu)造，例如沿著軸線延伸的電極的多極組合、環(huán)形電極的串聯(lián)組合、離子漏斗、分割圓柱電極，等等。在一些實施例中，離子傳輸光學器件644可以被配置為離子阱。一個以上透鏡646可以布置在離子傳輸裝置608和相鄰的離子傳輸裝置612之間。

在一些實施例中，離子傳輸裝置612可以被構(gòu)造為濾質(zhì)器或離子阱，濾質(zhì)器或離子阱被構(gòu)造用于選擇具有特定m/z比或m/z比范圍的離子。為此，離子傳輸裝置608可包括離子傳輸光學器件648，例如電極的多極組合。一個以上透鏡650可以設(shè)置在離子傳輸裝置612和相鄰的離子傳輸裝置616之間。在其它實施例中，離子傳輸裝置612可以主要構(gòu)造為減壓級。

在一些實施例中，離子傳輸裝置616可以構(gòu)造為冷卻單元。為此，離子傳輸裝置616可以包括離子傳輸光學器件652，諸如電極的多極組合，其被構(gòu)造為非質(zhì)量解析器件，僅僅是僅RF器件。諸如氬、氮、氦等等的冷卻氣體(或者阻尼氣體)可以在以分析模式操作期間流入到離子傳輸裝置616的室中，通過離子和氣體分子之間的碰撞來冷卻離子(或者“熱化”離子，即降低離子動能)。在其它實施例中，離子傳輸裝置616可以被構(gòu)造為諸如碰撞單元等的離子碎裂裝置。在一個示例中，離子碎裂通過碰撞誘導解離(CID)來實現(xiàn)，在這樣情況下，添加到所述室中的氣體(“碰撞氣體”)導致氣體壓力足以通過CID實現(xiàn)碎裂。離子束整形光學器件654可以布置在離子傳輸裝置616和MS 620之間。在其它實施例中，離子傳輸裝置616可以主要構(gòu)造為減壓級。

MS 620可以是任何類型的MS。MS 620一般地說包括質(zhì)量分析器658和離子檢測器662。在所示實施例中，僅作為示例，MS 620是飛行時間質(zhì)譜儀(TOFMS)。在這種情況下，質(zhì)量分析器658包括無電場飛行管，離子通過離子推進器666(或離子脈沖器或離子提取器)被注入到該無電場飛行管中。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，束整形光學器件654將離子束引導到離子推進器666中，離子推進器666將離子作為離子包以脈沖方式發(fā)送到飛行管中。離子通過飛行管向離子檢測器662漂移。不同質(zhì)量的離子以不同速度行進通過飛行管，因此具有不同的總飛行時間，即小質(zhì)量的離子比大質(zhì)量的離子行進得快。每個離子包根據(jù)飛行時間分布而擴散(分散)在空間中。離子檢測器662檢測并記錄每個離子到達(撞擊)離子檢測器662的時間。數(shù)據(jù)采集模塊將記錄的飛行時間與m/z比相關(guān)。離子檢測器662可以是被構(gòu)造為收集和測量從質(zhì)量分析器658輸出的按質(zhì)量區(qū)分的離子通量(或電流)的任何裝置。離子檢測器的示例包括但不限于多通道板、電子倍增器、光電倍增管和法拉第杯。在一些實施例中，如圖所示，離子推進器666在與束整形光學器件654將離子傳輸?shù)诫x子推進器666的方向正交的方向上將離子包加速到飛行管中，這被稱為正交加速度TOF(oa-TOF)。在這種情況下，飛行管通常包括離子反射鏡(或反射器)670，以在離子飛行路徑(如虛線所示)中提供180°反射或轉(zhuǎn)向，用于延長飛行路徑并且校正離子的動能分布。在其它實施例中，MS 620可以包括其他類型的質(zhì)量分析器，例如濾質(zhì)器、離子阱、離子回旋共振(ICR)單元、靜電離子阱，或者靜電和/或磁扇區(qū)分析儀。

在操作中，將樣品引入離子源604。離子源604從樣品產(chǎn)生分析物離子，并將離子傳輸?shù)揭粋€以上離子傳輸裝置608、612和616。離子傳輸裝置608、612和616將離子傳輸通過一個以上減壓級并進入MS 620中。根據(jù)所包括的離子傳輸裝置608、612和616的類型，如上所述，離子傳輸裝置608、612和616可執(zhí)行額外的離子處理操作，例如濾質(zhì)、離子碎裂、束整形等。MS 620如上所述對離子進行質(zhì)量解析。從離子檢測器662輸出的測量信號由MS系統(tǒng)600的電子裝置處理，以產(chǎn)生質(zhì)譜。

作為一般情況，在包括安裝在真空室中的離子光學器件的上述MS系統(tǒng)600的任何離子處理設(shè)備中，真空室變形可能是一個問題。因此，離子源604、離子傳輸裝置608、612和616以及MS 620中的一個以上可以被構(gòu)造為上述的并在圖1A至5B中示出的離子處理裝置100，因此可以包括光學器件板136和在真空室104或404中的內(nèi)部安裝構(gòu)件140、240或340，并且還可包括外部安裝構(gòu)件152或452A、452B和452C。例如，在暴露于由壓力差產(chǎn)生的施加力的區(qū)域相對于壁厚度非常大的較大真空室中，真空室變形可能尤其是個問題。一個示例是MS 620。離子推進器666必須與束整形光學器件654精確對準，并且離子推進器666和離子檢測器662必須都與離子反射鏡670精確對準。此外，離子推進器666和離子檢測器662必須都布置成相對離子反射鏡670以及相對彼此成精確角度。因此，在一些實施例中，離子推進器666和離子檢測器662可以安裝到光學器件板636，光學器件板636可以通過多個內(nèi)部安裝構(gòu)件640支撐在質(zhì)量分析器658的室底部內(nèi)表面上。質(zhì)量分析器658的室可以進而通過外部安裝構(gòu)件(未示出)支撐在下面的底座或者框架上。另外，如之前在本發(fā)明中說明描述的那樣，離子推進器666和離子檢測器662可以首先組裝在光學器件板636上，在MS 620的外面進行對準和測量，之后以正確的對準和定位狀態(tài)轉(zhuǎn)移到MS 620中。

示例性實施方式

根據(jù)當前公開的主題提供的示例性實施例包括但不限于以下實施例：

1.一種帶電粒子處理設(shè)備，包括：真空室，所述真空室包括室壁；光學器件板；帶電粒子光學器件，所述帶電粒子光學器件安裝到所述光學器件板；多個安裝構(gòu)件，所述安裝構(gòu)件聯(lián)接在所述光學器件板和所述室壁之間，其中，所述安裝構(gòu)件被構(gòu)造用于相互協(xié)作地約束所述光學器件板的6個自由度，所述安裝構(gòu)件中的至少一個能夠響應于所述室壁的變形在至少一個方向上移動或者撓曲。

2.根據(jù)實施例1所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述室壁包括多個內(nèi)表面，所述安裝構(gòu)件每個都聯(lián)接到同一內(nèi)表面。

3.根據(jù)實施例1所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述室壁包括多個內(nèi)表面，所述安裝構(gòu)件中的至少兩個聯(lián)接到不同的內(nèi)表面。

4.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述多個安裝構(gòu)件包括至少三個安裝構(gòu)件。

5.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述多個安裝構(gòu)件在三個到六個安裝構(gòu)件的范圍內(nèi)。

6.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件能夠在所述至少一個方向上平移。

7.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件能夠繞軸線旋轉(zhuǎn)。

8.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件包括沿著z軸的高度，以及正交于所述z軸且由第一橫向方向和正交于所述第一橫向方向的第二橫向方向限定的橫向橫截面，所述至少一個安裝構(gòu)件在z方向上是剛性的，在所述第一橫向方向上是剛性的，并且還具有選自以下構(gòu)造組成的組中的構(gòu)造：所述至少一個安裝構(gòu)件能夠在所述第二橫向方向上移動或者撓曲；所述至少一個安裝構(gòu)件能夠圍繞第一橫向方向彎折；以及以上兩者。

9.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件包括絞鏈或者撓曲絞鏈。

10.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件包括：沿著z軸的高度；正交于所述z軸并且由第一橫向方向和正交于所述第一橫向方向的第二橫向方向限定的橫向橫截面；沿著所述第一橫向方向延伸的一對通道；側(cè)面，所述側(cè)面沿著所述第二橫向方向延伸，并且包括在所述通道之間的橫截面面積減小的區(qū)域。

11.根據(jù)實施例1至8中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件包括雙絞鏈或者雙撓曲絞鏈。

12.根據(jù)實施例1至8或11中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件包括：沿著z軸的高度；正交于所述z軸并且由第一橫向方向和正交于所述第一橫向方向的第二橫向方向限定的橫向橫截面；沿著所述第一橫向方向延伸的一對第一通道；沿著第一橫向方向延伸并且沿著所述z軸與所述第一通道隔開的一對第二通道；側(cè)面，所述側(cè)面沿著所述第二橫向方向延伸，并且包括在所述第一通道之間的橫截面面積減小的第一區(qū)域和在所述第二通道之間的橫截面面積減小的第二區(qū)域。

13.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述至少一個安裝構(gòu)件是能夠響應于所述室壁的變形在至少第一方向上移動或者撓曲的第一安裝構(gòu)件，并且所述多個安裝構(gòu)件包括能夠響應于所述室壁的變形在至少第二方向移動或者撓曲的第二安裝構(gòu)件，所述第二方向不同于所述第一方向。

14.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述光學器件板包括第一側(cè)和反向的第二側(cè)，所述多個安裝構(gòu)件包括在所述第一側(cè)附近聯(lián)接到所述光學器件板的第一安裝構(gòu)件、在所述第二側(cè)附近聯(lián)接到所述光學器件板的第二安裝構(gòu)件和在所述第二側(cè)附近聯(lián)接到所述光學器件板且與所述第二安裝構(gòu)件隔開一段距離的第三安裝構(gòu)件。

15.根據(jù)實施例14所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述光學器件板是多角形的。

16.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，聯(lián)接在所述光學器件板和所述室壁之間的安裝構(gòu)件是內(nèi)部安裝構(gòu)件，并且還包括聯(lián)接到所述真空室的多個外部安裝構(gòu)件。

17.根據(jù)實施例16所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述外部安裝構(gòu)件聯(lián)接到所述室壁的與所述內(nèi)部安裝構(gòu)件相反的一側(cè)。

18.根據(jù)實施例17所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述外部安裝構(gòu)件所處的位置與相應的內(nèi)部安裝構(gòu)件隔著所述室壁正好相對，或者在與相應的內(nèi)部安裝構(gòu)件隔著所述室壁正好相對的位置附近。

19.根據(jù)實施例16至18中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述外部安裝構(gòu)件被構(gòu)造用于相互協(xié)作地約束所述真空室的6個自由度。

20.根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述帶電粒子光學器件選自由下述裝置組成的組：電子光學器件，離子光學器件，電極，透鏡，離子偏轉(zhuǎn)器，離子柵，離子導向器，離子漏斗，離子束整形器，離子切片器，離子束匯聚器，離子推進器，離子反射鏡，離子檢測器，以及前述兩種以上裝置的組合。

21.一種質(zhì)譜分析(MS)系統(tǒng)，包括：離子源；質(zhì)量分析器；根據(jù)前述實施例中任一項所述的帶電粒子處理設(shè)備，其中，所述MS系統(tǒng)限定從所述離子源到所述質(zhì)量分析器的離子路徑，并且所述離子路徑通過所述真空室。

22.根據(jù)實施例21所述的MS系統(tǒng)，其中，所述帶電粒子處理設(shè)備所處的位置選自由以下位置組成的組：在所述離子源處；在所述離子源和所述質(zhì)量分析器之間；以及在所述質(zhì)量分析器處。

23.一種用于組裝帶電粒子處理設(shè)備的方法，所述方法包括：通過將多個安裝構(gòu)件聯(lián)接在光學器件板和平臺之間，將所述光學器件板安裝到所述平臺，其中，所述平臺在所述帶電粒子處理設(shè)備的真空室外部；將帶電粒子光學器件組裝在所述光學器件板上；使所述帶電粒子光學器件對準；將所述安裝構(gòu)件從所述平臺分開；將光學器件板從所述平臺傳送到所述真空室；通過將所述安裝構(gòu)件聯(lián)接到所述真空室的室壁而將所述光學器件板安裝到所述室壁。

24.根據(jù)實施例23所述的方法，其中，將所述光學器件板安裝到所述室壁，包括以與之前將所述安裝構(gòu)件聯(lián)接到所述平臺基本相同的空間布置，將所述安裝構(gòu)件聯(lián)接到所述室壁。

25.根據(jù)實施例23或者24所述的方法，其中，所述安裝構(gòu)件被構(gòu)造用于相互協(xié)作地約束光學器件板的6個自由度。

26.根據(jù)實施例23至25中任一項所述的方法，其中，所述安裝構(gòu)件中的至少一個能夠響應于室壁的變形在至少一個方向上移動或者撓曲。

盡管本申請主要是針對MS儀器描述了某些實施例，但是應該理解的是，本申請公開的主題可以應用于包括安裝在真空室中的帶電粒子光學器件(例如，離子光學器件、電子光學器件等)的任何其它類型的設(shè)備。其它類型設(shè)備的示例包括其它類型的分析儀器，包括例如被構(gòu)造用于在真空下操作的離子遷移譜儀等其它類型光譜儀，以及例如電子顯微鏡等各種類型的檢查儀器。

應當理解，本申請中使用的諸如“連通”和“與...連通”(例如，第一部件“連通”第二部件，或“與第二部分連通”)等術(shù)語，用于指示兩個以上部件或元件之間的結(jié)構(gòu)、功能、機械、電、信號、光學、磁、電磁、離子或流體方面的關(guān)系。因此，一個部件被稱為與第二部件連通的事實并非意圖排除其他的部件可存在于第一和第二部件之間，以及/或者在操作上關(guān)聯(lián)或接合第一和第二部件的可能性。

應當理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以改變本發(fā)明的各個方面或細節(jié)。此外，前述描述僅僅是為了舉例說明的目的，而不是為了限制的目的，本發(fā)明由權(quán)利要求限定。