JPH02263191A - ビーム進行方向測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はビームの進行方向測定装置に関し、特に直接目
視することのできないビームの進行方向を測定する装置
に関する。

荷電粒子ビームを扱う装置において、ビームが現在どこ
をどの方向に進んでいるか知ることは装置の調整等のた
めに必要な情報である。ビームの位置と方向を正確に知
ることによって、ビームを最大限有効に利用することが
可能になる。

［従来の技術］ 以下、イオンか磁極に挾まれた平面状間隙の中心で供給
され、加速用高周波電極であるティーによって加速され
ると共に渦巻きを画きなから徐々に外側に移動し、デフ
レクタによって外部に引き出されるサイクロトロンを例
にとって説明する。

第２図にサイクロトロン内のイオン軌道を概略的に示す
。第２図において、コーン支持管５０がイオン源５１を
中央部に配Ｗさせる。イオン源５１から発したイオンビ
ーム５２は、高周波電源５７から高周波電圧を印加され
たデイ−５５，５６間の電界によって加速され、紙面表
裏方向に形成される強磁場中て求心力を与えられて、渦
巻状の軌道を形成する。

イオン軌道の最も外側において、デフレクタ電極６０の
入口にイオンビームか導入されると、イオンビームはデ
フレクタ電極６０によって偏向されて取出され、取出し
イオンビーム６１を形成する。

大きな強度のイオンビームを得るためには、サイクロト
ロンのビーム調整においてデフレクタの入口にビーム束
をうまく導き、かつ壁に衝突させずに外に取出してやら
ねばならない。従来は、イオンビームの調整は、試行錯
誤的に種々のパラメータを変化させることで行われてき
た。

［発明が解決しようとする課題］ このように、従来サイクロトロンのビーム調整において
は、デフレクタへのビーム束の導入が容易には最適条件
に調整できないにもかかわらす、デフレクタへ導入する
ビーム束の入射角の測定と制御についてなんら方策か取
られていなかった。

その他、直接目視できないビームを取り扱う装置におい
ても、ビームの同定はたかだかスクリーン上にビーム断
面の可視像を形成させることやグローブを走査すること
であった。ビームの位置のみでなくその進行方向を測定
する装置は今まで提供されていなかった。

本発明の目的は、ビームの進行方向を測定するビーム進
行方向測定装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ビームの進行方向と共にビームの
位置を測定することのできるビーム進行方向測定装置を
提供することである。

たとえば、サイクロトロンにおいてデフレクタへのビー
ムの入射角か分かれば、調整が簡単化され、ひいてはデ
フレクタ放射化の低減に寄与することができる。

［課題を解決するための手段］ ビームを検出することのできるビーム検出手段にビーム
を照射させつつ、その前方でビームを遮蔽することので
きるビーム遮蔽手段を移動させ、ビーム検出手段に対す
るビーム遮蔽手段の相対的位置を表わす信号の関数とし
て、ビーム検出手段の検出信号を処理する。

ビームか検出手段に入射しなくなる相対的位置を示す出
力信号を得る。

［作用］ 第１図に本発明の測定原理を概略的に示す。図中、Ａが
ビーム検出手段の位置を示し、Ｂがビム遮蔽手段の位置
を表わすとする。

ビーム検出手段Ａにビームか入射しているとする。この
時ビーム遮蔽手段を移動させて、Ｂの位置に来た時、ビ
ーム検出手段Ａにビームか入射しなくなったとする。ビ
ームが直線的に運動するとすれば、ＡとＢを結ぶ方向が
ビームの入射方向であることになる。従って、点Ｂの点
Ａに対する相対的な位置を知れば、矢印で示す入射ビー
ムの方向を知ることかできる。

点Ａの座標が、たとえば（ｘ、ｙ）であり、点Ｂの座標
がたとえは（Ｘ＋Δｘ、ｙ十Δｙ）であるとすれば、Δ
ＸとΔｙを知ることによって三角関数の法則から角度θ
を知ることができる。

遮蔽手段Ｂの位置からΔＸ、Δｙを検出し、角度θを算
出することは電気回路的に実現できる。

［実施例］ 第３図（Ａ）、（Ｂ）に本発明の実施例であるサイクロ
トロン装置内におけるビーム進行方向測定装置を示す。

第３図（Ａ）において、デフレクタ電極１０とセプタム
電ｉ１２の間にビームか通過する間隙か形成されている
。イオンビームは図中下方から入射するとする。

デフレクタ電極１０とセプタム電極１２か形成するビー
ム入口の前方に検出ヘッド１４か配置される。検出ヘッ
ドは、たとえば金属製の電極板で形成され、イオンビー
ムが入射することによって、ビーム電流に応じた電流か
流れる構成を有する。

検出ヘッド１４の前方所定の所に、検出ヘッドと平行に
配置され、検出ヘッドに対して相対的に並進運動するこ
とのできる遮蔽ヘッド１６が配置されている。遮蔽ヘッ
ド１６は、たとえばグラファイト等で形成され、検出ヘ
ッド１４とは電気的に絶縁されている。

遮蔽ヘッド１６は駆動モータ１８等の駆動手段によって
その位置を精密に制御され、その相対的位置信号が信号
処理回路２０に供給される。検出ヘッド１４か受けた電
流は検出信号として信号処理回！？８２０に供給される
。検出ヘッド１４からの検出信号および駆動モータ１８
からの相対的位置信号は、インターフェース２１を介し
てＣＰＵ２３に接続される。信号処理回路２０内におい
ては、ＣＰＵ２３か信号を処理し、論理演算を行う、メ
モリ２５は必要な情報を記憶し、必要に応じて記憶した
情報を取り出す。

また、表示装置２つか表示装置用のインターフェース２
７を介して接続されており、操作者は表示装置２９の画
面上に必要な情報を読み取ることができる。

また、駆動モータ１８に対する駆動電流も信号処理回路
２０から供給される。

ビーム調整において、検出ヘッド１４をデフレクタ電［
！１０とセプタム電極１２とが形成するビム入口の前方
に配置し、まずイオンビームを調整してビーム入口にイ
オンビームか適正に入射するようにする。但し、この時
にイオンビームの方向か分からないとイオンビームがデ
フレクタ電極１０ないしセプタム電極１２の表面に衝突
し、消滅してしまう。イオンビームが検出ヘッド１４の
先端部を照射するように調整した後、遮蔽ヘッド１６を
操作して、イオンビームを徐々に遮蔽する。

遮蔽ヘッド１６かイオンビームをほぼ完全に遮蔽してし
まった場合、検出ヘッドに入射するイオンビームはなく
なるので、電流は零に低減する。

第３図（Ｂ）に測定ヘッド部分の拡大図を示す。

検出ヘッド１４に向かって矢印方向からイオンビームが
入射しているとする。遮蔽ヘッド１６が図中右から左に
向かって移動し、破線の位置までくるとビームにとって
検出ヘッド１４は完全に遮蔽されてしまう。この時、検
出ヘッド１４と遮蔽ヘッド１６との間の距離がＷであり
、遮蔽ヘッド１６の先端か検出ヘッドの先端よりも長さ
ｄｏたけ前に出ているとすれば、ビームの入射角度θ゛
はθ’　＝ａｒｃｔａｎ　（ｄ　’　７ｗ　）となる。

ヘッド間の距離Ｗは定数であるので、遮蔽ヘッド１６の
移動量を表わす電気信号と、検出ヘッド１４の検出した
イオン電流とを信号処理することによって、突出長ｄ′
を得、角度　θ°を算出する。

第４図は遮蔽ヘッドの走査距離に対して検出したイオン
ビームの電流がどのように変化するかを示すグラフであ
る。

遮蔽ヘッドの走査距離が増大するにつれて、検出ビーム
電流は一定値を経た後、徐々に減少を始め、やがて減少
の速度が緩やかに変化し零に近づく９図中、はぼ直線的
にビーム電流か減少している部分が遮蔽ヘッド１６かビ
ームを徐々に遮蔽している間の信号と考えられる。

最後にビーム電流の減少か緩やかになるのは、本来ビー
ム束は半径方向にある拡がりを持っていること、第３図
（Ｂ）に矢印で示したビームの進行方向以外の方向から
入射する成分も含まれていること等によるものであろう
と考えられる。そこで減少部分を直線近似し、Ｘ軸と交
叉する点ｄを求めることによって、求める遮蔽ヘッドの
突出距離ｄ°を得ることができる。

このｄｏの位置を求める操作は、論理回路的に実現する
ことかできる。

　ｎ このようにして、検出ヘッド１４に対する遮蔽ヘッド１
６の相対的位置を測定しつつ、検出ヘッド１４が検出す
るイオンビーム電流を測定することによって、イオンビ
ームの入射角度を測定することかできる。

また、検出ヘッド１４自体の位置を知ることによって、
ビームの位置自身も知ることかできる。

従って、ビームの位置およびその進行方向を知ることに
よって、サイクロトロン等ビームを取扱う装置を高精度
に調整することができる。

以上、真空容器内のイオンビームを扱うサイクロトロン
を例にとって、荷電ビームの進行方向を測定する実施例
を説明したが、ビームが照射することによって電気的信
号を発生する種々のビームの進行方向測定に本発明を適
用することかできる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。

検出ヘッド３４は面状の検出面を有し、その検出面内に
マトリクス状に配置された多数の検出素子り丙を有して
いる。すなわち、検出ヘッド３４の検出面にビームが入
射している時、どの検出素子にビームか入射しているか
知ることかできる。

遮蔽ヘッド３６はやはり面状のものてあり、検出ヘッド
３４の検出素子Ｄｉｊの行および列に平行な辺を有する
。この遮蔽ヘッド３６は、検出ヘッド３４の面と平行に
２次元的に移動することかできる。

検出ヘッド３４の検出素子Ｄｉｊの少なくともいくつか
にビームか照射するようにしておき、遮蔽ヘッド３６を
２次元的に走査して各検出素子ＤｉＪの検出電流がどの
ように変化するかを測定することによって、入射ビーム
の入射方向を立体的に測定することかできる。

以上実施例に沿って説明したが、本発明はこれに制限さ
れるものではない。たとえば、種々の変更、変形、改良
、組合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

［発明の効果コ 以上述べたように、目視できないビームを取り扱う装置
内において、ビームの進行方向を測定することかできる
。

ビームの進行方向を知ることによって、ビームを利用す
る装置を有効に調整し、その能力を十分に発揮させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定原理を示す概念図、第２図はサイ
クロトロン内のイオン軌道を説明するための概略平面図
、 第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例を示す図であり
、第３図（Ａ）は測定システムのブロック図、第３図（
Ｂ）は測定ヘッド部分の拡大図、第４図は遮蔽ヘッドの
走査にしたがって検出ビム電流かどのように変化するか
を示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例を示す部分
的斜視図である。 図において、 １０　　　　　デフレクタ電極 １２　　　　　セプタム電極 ２１、２７ ５５、５６ 検出ヘッド 遮蔽ヘッド 駆動モータ 信号処理回路 インターフェース ＰＵ メモリ 表示装置 検出ヘッド 遮蔽へラド コーン支持管 イオン源 イオンビーム デイ− 高周波電源 デフレクタ電極 取り出しイオンビ ム 復代理人　弁理士　高橋敬四部 獣 −へ＼〜、 別℃

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ビームに直接露出することにより、ビーム量に
   応じた電気的検出信号を発生することのできるビーム検
   出手段と、 ビームを遮蔽することができ、前記ビーム検出手段に対
   する相対的位置を制御できるビーム遮蔽手段と、 この相対的位置を表わす電気的相対的位置信号を発生す
   ることのできる相対的位置信号発生手段と、 ビームの進行方向を知るために前記電気的相対的位置信
   号の関数として前記電気的検出信号を処理する信号処理
   回路と を含むビーム進行方向測定装置。
2. （２）、前記信号処理回路が、前記電気的相対的位置信
   号の関数としての前記電気的検出信号の変化から前記ビ
   ーム検出手段に入射するビームを前記ビーム遮蔽手段が
   初めて完全に遮蔽する位置を求め、ビームの進行方向を
   算出する請求項１記載のビーム進行方向測定装置。
3. （３）、さらに、前記ビーム検出手段と前記ビーム遮蔽
   手段の一方の絶対的位置を表わす電気的絶対的位置信号
   を発生することのできる位置測定手段を有し、ビームの
   進行方向と共にその位置を測定することのできる請求項
   １ないし２記載のビーム進行方向測定装置。