JP2009301853A - High energy particle generating device, light collecting device, high energy particle generating method, and light collecting method - Google Patents

High energy particle generating device, light collecting device, high energy particle generating method, and light collecting method Download PDF

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    • H05G1/00X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high energy particle generating device, a light collecting device, a high energy particle generating method, and a light collecting method. <P>SOLUTION: This device is equipped with a laser beam irradiation device 10 to irradiate main laser light and sub-laser light, a steering mirror 41 to reflect the main laser light and the sub-laser light from a light guide tube group 20, an off-axis paraboloid mirror 44 into which the main laser light is made incident, a target part 50 to which the main laser light collected by the off-axis paraboloid mirror 44 is irradiated, an inclination angle sensor 48 to detect an inclination angle formed by a light axis of the sub-laser light and a normal line of its light receiving face, a CCD camera 49 to detect a rotation angle around the light axis of the sub-laser light, and a control device to obtain the rotation angle of the sub-laser light, to extract the optimum inclination angle of the corresponding sub-laser light from the preset optimum inclination angle data, and to rotate the steering mirror 41 so that the sub-laser light is received by the inclination angle sensor 48 at the optimum inclination angle. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高エネルギー粒子発生装置及びレーザ集光装置並びに高エネルギー粒子発生方法及び集光方法に関し、特に、レーザ光を軸外し放物面ミラーの焦点に確実に集光させる場合に適用して有用なものである。   The present invention relates to a high-energy particle generation device, a laser condensing device, a high-energy particle generation method, and a condensing method, and in particular, applied to a case where laser light is reliably condensed at the focal point of an off-axis parabolic mirror. It is useful.

従来、電力設備の各種配管などの被検査対象物の状態を検査するために、非破壊検査方法が用いられている。非破壊検査方法の一例としては、配管等にX線を照射し、その配管の応力腐食割れの有無、減肉の程度を検査するX線透過検査法が知られている。   Conventionally, a nondestructive inspection method has been used to inspect the state of an object to be inspected such as various pipes of electric power equipment. As an example of the nondestructive inspection method, an X-ray transmission inspection method is known in which X-rays are irradiated to a pipe or the like, and the presence or absence of stress corrosion cracking in the pipe and the degree of thinning are inspected.

このようなX線を発生する装置は種々知られており、例えば、高エネルギーのレーザ光を出力し得るレーザ光源と、そのレーザ光源を遠隔の所定位置に導く導光管群と、導光管群から出射されるレーザ光を集光し、集光したレーザ光をターゲットに照射してX線を発生させるX線発生部とを具備する高エネルギーX線発生装置がある(例えば、特許文献1参照)。   Various apparatuses for generating such X-rays are known. For example, a laser light source capable of outputting high-energy laser light, a light guide tube group for guiding the laser light source to a predetermined remote position, and a light guide tube There is a high-energy X-ray generator including an X-ray generator that collects laser light emitted from a group and generates X-rays by irradiating the target with the focused laser light (for example, Patent Document 1). reference).

導光管群は、折曲部を有する導光管がそれぞれベアリングを介して回動自在に接続されたものであり、各導光管の折曲部には、入射したレーザ光を導光管の折れ曲がる方向に反射させるミラーが配設されている。すなわち、各導光管を適宜回動させればレーザ光源からのレーザ光を任意の場所に導くことができるようになっている。   The light guide tube group is configured such that light guide tubes each having a bent portion are pivotally connected via bearings, and incident laser light is guided to the bent portions of each light guide tube. A mirror for reflecting in the bending direction is provided. That is, if each light guide tube is appropriately rotated, the laser light from the laser light source can be guided to an arbitrary place.

かかる高エネルギーX線発生装置によれば、レーザ光源とX線発生部とが導光管群を介して接続されているので、小型に形成し得るX線発生部を被検査対象物の近辺に配置し、そこから離れた場所に比較的大きなレーザ光源を分離配置できる。このため、多数の配管が密集した狭隘部に対しても高エネルギーX線を照射して非破壊検査を行える。   According to such a high energy X-ray generator, since the laser light source and the X-ray generator are connected via the light guide tube group, the X-ray generator that can be formed in a small size is placed near the object to be inspected. It is possible to arrange a relatively large laser light source at a location away from it. For this reason, a non-destructive inspection can be performed by irradiating a high-energy X-ray even to a narrow portion where a large number of pipes are concentrated.

ここで、最終的なレーザ光の照射対象であるターゲットは、X線を発生させるために高エネルギーのレーザ光が照射されることを要するものの、レーザ光源からそのエネルギーを有するレーザ光を照射したのでは、導光管に配設されたミラーが損耗してしまう。そこで、従来技術では、レーザ光源からは、例えば直径が10mm、エネルギーが10mJ、パルス幅が50fsであるレーザ光を発生させ、ターゲット上でレーザ光を直径2μmまで集光させている。これによりミラーを損耗させることなく、ターゲットに対して5×1018W/cmの高強度のレーザ光を照射することが可能となっている。 Here, the target that is the final target of the laser beam irradiation needs to be irradiated with a high-energy laser beam in order to generate X-rays, but the laser beam having that energy was irradiated from the laser light source. Then, the mirror disposed in the light guide tube is worn out. Therefore, in the prior art, a laser beam having a diameter of 10 mm, an energy of 10 mJ, and a pulse width of 50 fs is generated from the laser light source, and the laser beam is condensed to a diameter of 2 μm on the target. This makes it possible to irradiate the target with high-intensity laser light of 5 × 10 18 W / cm 2 without damaging the mirror.

このレーザ光の集光について図10を用いて説明する。図10は、従来技術に係るX線発生部の構成を説明する概略平面図である。   The condensing of the laser light will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic plan view illustrating the configuration of the X-ray generation unit according to the conventional technique.

図示するように、X線発生部100は、光学系L1と光学系L2とを備えている。光学系L1は、ステアリングミラー103、ダイクロイックミラー(ビームスプリッタ)104、折り返しミラー105及び軸外し放物面ミラー106から構成され、これらのミラーを経由してレーザ光源(図示せず)からの主レーザ光はターゲット101に照射される。   As illustrated, the X-ray generator 100 includes an optical system L1 and an optical system L2. The optical system L1 includes a steering mirror 103, a dichroic mirror (beam splitter) 104, a folding mirror 105, and an off-axis parabolic mirror 106, and a main laser from a laser light source (not shown) via these mirrors. Light is irradiated to the target 101.

ステアリングミラー103は、そのX軸及びY軸回りに回動可能に配設されており、後述する制御装置(図示せず)により角度調整されるように構成されている。ステアリングミラー103の角度を変えることにより、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106に入射する角度を調整することが可能となっている。   The steering mirror 103 is disposed so as to be rotatable about the X axis and the Y axis, and is configured to be angle-adjusted by a control device (not shown) described later. By changing the angle of the steering mirror 103, it is possible to adjust the angle at which the main laser beam is incident on the off-axis parabolic mirror 106.

一方、光学系L2は、ステアリングミラー103、ダイクロイックミラー104から構成され、レーザ光源からの副レーザ光がダイクロイックミラー104により主レーザ光と分離されて傾斜角度センサ102に照射される。   On the other hand, the optical system L2 includes a steering mirror 103 and a dichroic mirror 104, and the sub-laser light from the laser light source is separated from the main laser light by the dichroic mirror 104 and irradiated to the tilt angle sensor 102.

傾斜角度センサ102は、平凸レンズ107と位置センサ108とから構成され、位置センサ108が平凸レンズ107を介して副レーザ光を受光し、その受光した位置に基づいて、副レーザ光の光軸と受光部の法線との成す角である傾斜角度を検出するものである。   The tilt angle sensor 102 includes a plano-convex lens 107 and a position sensor 108. The position sensor 108 receives the sub laser beam via the plano-convex lens 107, and based on the received position, the optical axis of the sub laser beam and An inclination angle which is an angle formed with the normal line of the light receiving unit is detected.

主レーザ光と副レーザ光とは、レーザ光源からダイクロイックミラー104まで、光軸を共有しているため、副レーザ光の傾斜角度に応じてステアリングミラー103の角度を適宜設定すれば、主レーザ光は、軸外し放物面ミラー106の軸に平行に入射し、軸外し放物面ミラー106の焦点に集光することになる。そして、その集光点にターゲット101を配設すれば、ターゲット101に集光した高エネルギーのレーザ光を照射することができる。   Since the main laser light and the sub laser light share the optical axis from the laser light source to the dichroic mirror 104, if the angle of the steering mirror 103 is appropriately set according to the tilt angle of the sub laser light, the main laser light Is incident parallel to the axis of the off-axis parabolic mirror 106 and is focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror 106. And if the target 101 is arrange | positioned in the condensing point, the high energy laser beam condensed on the target 101 can be irradiated.

このステアリングミラーの角度調整は制御装置(図示せず)により、次のように行われている。   The angle adjustment of the steering mirror is performed as follows by a control device (not shown).

まず、軸外し放物面ミラー106の焦点近傍に、ターゲット101に代えて対物レンズとCCDカメラ(図示せず)を配置し、対物レンズを介してCCDカメラで受光した主レーザ光の像を表示する表示装置(図示せず)を準備する。次に、表示装置に表示された主レーザ光の像が最小になるようにステアリングミラー103の角度を調節する。主レーザ光の像が最小になったとき、傾斜角度センサ102により計測した副レーザ光の傾斜角度を記録する。この主レーザ光の像が最小になったときの傾斜角度を、最適傾斜角度と称する。   First, an objective lens and a CCD camera (not shown) are arranged in the vicinity of the focal point of the off-axis parabolic mirror 106 in place of the target 101, and an image of the main laser light received by the CCD camera is displayed via the objective lens. A display device (not shown) is prepared. Next, the angle of the steering mirror 103 is adjusted so that the image of the main laser beam displayed on the display device is minimized. When the image of the main laser beam is minimized, the tilt angle of the sub laser beam measured by the tilt angle sensor 102 is recorded. The tilt angle when the image of the main laser beam is minimized is referred to as the optimum tilt angle.

以降、対物レンズに代えてターゲット101を配設した上で、傾斜角度センサ102により計測した副レーザ光の傾斜角度を入力した制御装置に、当該傾斜角度と最適傾斜角度とのずれを打ち消すようにステアリングミラー103の角度を調節させる。   After that, the target 101 is provided in place of the objective lens, and the control apparatus that inputs the tilt angle of the sub laser light measured by the tilt angle sensor 102 cancels the deviation between the tilt angle and the optimum tilt angle. The angle of the steering mirror 103 is adjusted.

これにより、導光管群の姿勢変化でレーザ光の光軸に狂いが生じても、制御装置により、ステアリングミラー103の角度が適宜調整され、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に平行に入射するようになる。この結果、ターゲット101には常に集光された主レーザ光が照射される。   As a result, even if the optical axis of the laser beam is deviated due to a change in the posture of the light guide tube group, the angle of the steering mirror 103 is appropriately adjusted by the control device, and the main laser beam is off the axis of the off-axis paraboloidal mirror 106. It enters in parallel to. As a result, the target 101 is always irradiated with the condensed main laser beam.

ここで、対物レンズを介して撮像された主レーザ光の像について説明する。   Here, an image of the main laser light imaged through the objective lens will be described.

図11は、軸外し放物面ミラーに入射する主レーザ光とその像との関係を示す概略図である。同図(a)〜(d)には、軸外し放物面ミラー106に反射され、対物レンズを介して撮像された主レーザ光の像がそれぞれ示されている。この像を、集光プロファイルという。集光プロファイルによれば、主レーザ光の像の大きさ、形状、主レーザ光の輝度の明暗を観察できる。   FIG. 11 is a schematic diagram showing the relationship between the main laser light incident on the off-axis parabolic mirror and its image. FIGS. 9A to 9D show images of main laser light reflected by the off-axis paraboloid mirror 106 and imaged through the objective lens. This image is called a light collection profile. According to the condensing profile, it is possible to observe the size and shape of the image of the main laser beam and the brightness of the main laser beam.

図11(a)に示すように、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に平行に入射すると、主レーザ光は、その焦点に集光されるため、高輝度で、回折限界まで小さくなった点状の像として表示装置の中央近傍に表示される。また、図11(b)に示すように、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に平行であるならば、軸外し放物面ミラー106のどの位置に入射しようとも、図11(a)と同様に、焦点に集光される。これに対し、図11(c)に示すように、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に対して傾斜して入射すると、主レーザ光は、焦点に集光せずに、線状の像(非点収差)として撮像される。   As shown in FIG. 11A, when the main laser light is incident parallel to the axis of the off-axis paraboloidal mirror 106, the main laser light is condensed at the focal point, so that it has high brightness and reaches the diffraction limit. A small dot image is displayed near the center of the display device. Further, as shown in FIG. 11B, if the main laser beam is parallel to the axis of the off-axis parabolic mirror 106, no matter which position of the off-axis parabolic mirror 106 is incident, As in a), the light is focused on the focal point. On the other hand, as shown in FIG. 11C, when the main laser light is incident with an inclination with respect to the axis of the off-axis parabolic mirror 106, the main laser light is not focused on the focal point, Is captured as a shaped image (astigmatism).

ここで、図11(d)に示すように、レーザ光源や導光管群を回動させることで主レーザ光をその光軸周りに回転させても、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に平行に入射されていれば、図11(a)、(b)と同様に、主レーザ光は軸外し放物面ミラー106の焦点に集光される、と考えられる。   Here, as shown in FIG. 11D, even if the main laser light is rotated around its optical axis by rotating the laser light source or the light guide tube group, the main laser light is off-axis parabolic mirror. If the light is incident parallel to the axis 106, the main laser light is considered to be focused on the focal point of the off-axis paraboloidal mirror 106 as in FIGS. 11A and 11B.

しかしながら、焦点に集光させた後、主レーザ光をその光軸回りに回転させ、集光プロファイルを観察したところ、焦点に集光した状態が維持されずに、非点収差が観察された。すなわち、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106に入射する角度のみならず、その光軸回りの回転をも考慮した上でステアリングミラー103の調整をしなければ、主レーザ光を軸外し放物面ミラー106の焦点に集光させることができないという事象が確認された。   However, after focusing on the focal point, the main laser beam was rotated around the optical axis and the focusing profile was observed. As a result, astigmatism was observed without maintaining the focused state on the focal point. That is, if the steering mirror 103 is not adjusted after considering not only the angle at which the main laser beam is incident on the off-axis parabolic mirror 106 but also the rotation around the optical axis, the main laser beam is released off-axis. It was confirmed that the light cannot be focused on the focal point of the object mirror 106.

上述した事象を主レーザ光の波面(位相分布)の歪みと収差の考え方に基づき、以下に説明する。   The above event will be described below based on the concept of distortion and aberration of the wavefront (phase distribution) of the main laser beam.

まず、一般的に、波面歪みのあるレーザ光を集光すると収差が観測されることが知られている。収差とは、レンズによって像ができるときに発生する色づきや、像にボケやゆがみが生じることである。   First, it is generally known that aberration is observed when laser light with wavefront distortion is condensed. Aberration means coloring that occurs when an image is formed by a lens, and blurring or distortion of the image.

図12に、Seidelの5収差を示す。図示するように、収差は、一次の波面収差である歪曲、像面弯曲、及び二次の波面収差である非点収差、コマ収差、球面収差に分類される。一次の成分については集光強度そのものが低下した訳ではないのでターゲット101の位置調整(xyz方向)で修正できるが、二次以上の成分が大きい場合、主レーザ光を回折限界まで集光させることは困難になる。また、図13に、これらの収差に対応する主レーザ光の波面形状を示す。各収差に対応する各波面形状は、明暗分布の明るい部分が凸であり、暗い部分が凹であることを表している。また、歪曲、非点収差及びコマ収差についての波面形状は、中心点について点対称ではない。   FIG. 12 shows Seidel's five aberrations. As shown in the figure, aberrations are classified into primary wavefront aberrations such as distortion, image surface curvature, and secondary wavefront aberrations such as astigmatism, coma aberration, and spherical aberration. The primary component does not necessarily reduce the intensity of the condensed light, so it can be corrected by adjusting the position of the target 101 (in the xyz direction). However, if the secondary or higher component is large, the main laser beam can be condensed to the diffraction limit. Becomes difficult. FIG. 13 shows the wavefront shape of the main laser beam corresponding to these aberrations. Each wavefront shape corresponding to each aberration indicates that the bright part of the light / dark distribution is convex and the dark part is concave. Also, the wavefront shape for distortion, astigmatism and coma is not point symmetric about the center point.

このような波面歪みを含むレーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に平行に入射すると、理論的には、図14(a)に示すように、波面歪みがそのまま反映されて、収差が観測される。   When laser light including such wavefront distortion is incident parallel to the axis of the off-axis paraboloidal mirror 106, theoretically, as shown in FIG. Observed.

しかしながら、図12で分類した収差のうち非点収差については、図14(b)に示すように、ステアリングミラー103を調整することにより、軸外し放物面ミラー106自身で主レーザ光に含まれる非点収差成分を相殺させることができる。但し、その代償として主レーザ光は軸外し放物面ミラー106の軸に対してもはや平行ではなく、傾斜して入射していると考えられる。   However, astigmatism among the aberrations classified in FIG. 12 is included in the main laser light by the off-axis parabolic mirror 106 itself by adjusting the steering mirror 103 as shown in FIG. 14B. Astigmatism components can be canceled. However, as a compensation, it is considered that the main laser beam is no longer parallel to the axis of the off-axis parabolic mirror 106 but is incident at an angle.

このことは、主レーザ光を軸外し放物面ミラー106の軸に対して傾斜して入射させると焦点に集光せずに非点収差が生じたが(図11(c)参照)、逆にこれを利用すると、この傾斜による非点収差により、波面歪みによる収差が打ち消され、結果的に主レーザ光が焦点に集光されたと考えることができる。   This is because when the main laser beam is made incident on the axis of the off-axis paraboloidal mirror 106 without being focused on the focal point, astigmatism occurs (see FIG. 11 (c)). If this is used, it can be considered that the aberration due to wavefront distortion is canceled out by the astigmatism due to this inclination, and as a result, the main laser beam is focused on the focal point.

したがって、波面歪みによる収差が打ち消されている状態で、主レーザ光を回転させると、その波面形状は点対称でないことから、打消しの効果がなくなり、再び収差が現れることとなる。   Therefore, if the main laser light is rotated in a state where the aberration due to the wavefront distortion is canceled, the wavefront shape is not point-symmetric, so that the canceling effect is lost and the aberration appears again.

主レーザ光に波面歪みが含まれることを考慮して、図11を改めると、図15のようになる。図15は、軸外し放物面ミラーに入射する主レーザ光とその像との関係を示す概略図である。   Considering that the main laser light includes wavefront distortion, FIG. 11 is modified as shown in FIG. FIG. 15 is a schematic diagram showing the relationship between the main laser light incident on the off-axis parabolic mirror and its image.

図15(a)に示すように、集光プロファイルを基に、主レーザ光が焦点に集光するようにステアリングミラー103を調整すると、主レーザ光は、軸外し放物面ミラー106の軸に対して傾斜して入射している。このとき、前述したように、主レーザ光の波面歪みによる収差は打ち消されている。また、図15(b)に示すように、主レーザ光の光軸が平行移動した場合は、軸外し放物面ミラー106のどの位置に入射しようとも、図15(a)と同様に、焦点に集光される。   As shown in FIG. 15A, when the steering mirror 103 is adjusted so that the main laser beam is focused on the focal point based on the condensing profile, the main laser beam is focused on the axis of the off-axis paraboloid mirror 106. The incident light is inclined. At this time, as described above, the aberration due to the wavefront distortion of the main laser light is canceled. Further, as shown in FIG. 15B, when the optical axis of the main laser beam is moved in parallel, the focal point is the same as in FIG. It is focused on.

しかし、図15(c)に示すように、主レーザ光が軸外し放物面ミラー106の軸に対して元の傾斜角度以外の傾斜角度で入射すると、主レーザ光は、焦点に集光せずに、例えば非点収差として撮像される。同様に、図15(d)に示すように、主レーザ光がその光軸回りに回転した場合でも、非点収差として撮像される。   However, as shown in FIG. 15C, when the main laser light is incident on the axis of the off-axis parabolic mirror 106 at an inclination angle other than the original inclination angle, the main laser light is focused on the focal point. For example, it is imaged as astigmatism. Similarly, as shown in FIG. 15D, even when the main laser beam rotates around its optical axis, it is imaged as astigmatism.

このように、軸外し放物面ミラー106の軸に対する主レーザ光の傾斜度のみならず、その光軸回りの回転角度も考慮した上で確実に軸外し放物面ミラー106の焦点に集光させる必要がある。   In this way, not only the inclination of the main laser beam with respect to the axis of the off-axis parabolic mirror 106 but also the rotation angle around the optical axis is taken into consideration, and the light is reliably focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror 106. It is necessary to let

なお、上記した事情は、高エネルギーX線を生成する場合に限定されず、高エネルギーのレーザ光を集光する場合にも同様に存在する。   Note that the above-described circumstances are not limited to the case of generating high energy X-rays, and similarly exist when condensing high energy laser light.

特開2008−71547号公報JP 2008-71547 A

本発明は、上述した事情に鑑み、高エネルギーのレーザ光を確実に集光し得る集光装置及びその集光装置を用いて高エネルギー粒子を照射し得る高エネルギー粒子発生装置並びに高エネルギー粒子発生方法及び集光方法を提供することを目的とする。   In view of the circumstances described above, the present invention provides a light collecting device that can reliably collect high-energy laser light, a high-energy particle generator that can irradiate high-energy particles using the light collecting device, and high-energy particle generation. It is an object to provide a method and a light collection method.

上記目的を達成するための本発明の第1の態様は、パルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光を照射するレーザ光源と、前記主レーザ光及び副レーザ光を前記レーザ光源から遠隔の位置に導く導光手段と、前記導光手段からの前記主レーザ光及び前記副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射される軸外し放物面ミラーと、前記軸外し放物面ミラーにより集光された前記主レーザ光が照射されて高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面の法線とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データが予め設定された制御手段とを備え、前記制御手段は、前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a pulsed main laser beam and a laser light source that emits a sub laser beam sharing an optical axis with the main laser beam, and the main laser beam and the sub laser. Light guiding means for guiding light to a position remote from the laser light source, and angle adjustment configured to be rotatable so that the main laser light and the sub laser light from the light guiding means can be reflected at an arbitrary angle. High-energy particles are irradiated with the main laser light collected by the off-axis parabolic mirror, the off-axis paraboloid mirror on which the main laser light is incident from the angle adjusting mirror, and the off-axis parabolic mirror. A target to be generated, and an inclination angle detection means for detecting the inclination angle formed by the optical axis of the auxiliary laser light and the normal line of the light receiving surface while receiving the auxiliary laser light on the light receiving surface from the angle adjusting mirror; The light guiding means Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the secondary laser light received from the angle adjustment mirror around the optical axis with reference to the secondary laser light before entering, and the focal point of the off-axis paraboloidal mirror Control means in which optimum tilt angle data that determines an optimum tilt angle, which is a tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is condensed, for each rotation angle is set in advance. Obtains the rotation angle of the sub laser light from the rotation angle detection means, extracts the optimum tilt angle of the sub laser light corresponding to the rotation angle from the optimum tilt angle data, and uses the sub laser at the optimum tilt angle. In the high energy particle generating apparatus, the angle adjusting mirror is rotated so that light is received by the tilt angle detecting means.

かかる第1の態様では、副レーザ光の傾斜角度及び回転角度を検出し、主レーザ光を軸外し放物面ミラーの焦点に集光するように制御する。これにより、遠隔の狭隘部に主レーザ光を導く場合でも主レーザ光を確実に集光し、常に高エネルギーの主レーザ光をターゲットに照射することができる。   In the first aspect, the tilt angle and the rotation angle of the sub laser light are detected, and the main laser light is controlled off-axis and focused on the focal point of the parabolic mirror. As a result, even when the main laser beam is guided to a remote narrow part, the main laser beam can be reliably condensed and the target can always be irradiated with the high-energy main laser beam.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する高エネルギー粒子発生装置において、前記最適傾斜角度データは、前記軸外し放物面ミラーの焦点近傍で前記主レーザ光の像を画像データとして取得し、前記主レーザ光が一点に結像した画像データが得られるように前記角度調整用ミラーの角度を調整し、このときの前記傾斜角度を前記回転角度に対応付けて作成したものであることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。   According to a second aspect of the present invention, in the high-energy particle generator according to the first aspect, the optimum tilt angle data is obtained by converting the image of the main laser light into image data near the focal point of the off-axis paraboloidal mirror. The angle of the angle adjusting mirror is adjusted so as to obtain image data in which the main laser beam is imaged at one point, and the tilt angle at this time is created in association with the rotation angle. It exists in the high energy particle generator characterized by being.

かかる第2の態様では、主レーザ光を確実に集光し得る最適傾斜角度データを作成できる。   In the second aspect, it is possible to create optimum tilt angle data that can reliably collect the main laser beam.

本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載する高エネルギー粒子発生装置において、前記傾斜角度検出手段は、前記副レーザ光の前記受光面における像の位置と前記受光面の所定位置との差を算出するとともに、当該所定位置に焦点が合わされたレンズを介して前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光が照射されるように構成され、前記差と前記レンズの焦点距離から前記傾斜角度を算出することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。   According to a third aspect of the present invention, in the high-energy particle generator according to the first or second aspect, the tilt angle detection unit includes the position of the image of the sub laser beam on the light receiving surface and the position of the light receiving surface. While calculating the difference with a predetermined position, it is comprised so that the said secondary laser beam may be irradiated from the said mirror for angle adjustment through the lens focused on the said predetermined position, From the said difference and the focal distance of the said lens In the high energy particle generator, the inclination angle is calculated.

かかる第3の態様では、副レーザ光の傾斜角度を容易に検出することができ、これにより軸外し放物面ミラーに入射する主レーザ光の傾斜角度を検出できる。   In the third aspect, it is possible to easily detect the tilt angle of the sub laser light, thereby detecting the tilt angle of the main laser light incident on the off-axis paraboloid mirror.

本発明の第4の態様は、第1〜第3の何れか一つの態様に記載する高エネルギー粒子発生装置において、前記レーザ光源と前記導光手段との間に配設された第1貫通孔及び第2貫通孔を有する整形マスクを具備し、前記副レーザ光は、前記第1貫通孔及び第2貫通孔を通過することによりを2つに分割され、前記回転角度検出手段は、2つに分かれた前記副レーザ光の像である第1の像及び第2の像を受光すると共に、前記第1貫通孔と前記第2貫通孔とを結ぶ直線を基準線とし、前記第1の像を中心として前記第2の像の前記基準線からの角度を前記回転角度として算出することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。   According to a fourth aspect of the present invention, in the high-energy particle generator according to any one of the first to third aspects, the first through-hole disposed between the laser light source and the light guide unit. And a shaping mask having a second through-hole, and the sub laser light is divided into two by passing through the first through-hole and the second through-hole, and the rotation angle detecting means has two The first image and the second image, which are images of the sub-laser light divided into two, are received, and a straight line connecting the first through-hole and the second through-hole is used as a reference line, and the first image In the high energy particle generator, the angle of the second image from the reference line is calculated as the rotation angle.

かかる第4の態様では、副レーザ光の回転角度を容易に検出することができ、これにより軸外し放物面ミラーに入射する主レーザ光の回転角度を検出できる。   In the fourth aspect, the rotation angle of the sub laser beam can be easily detected, and thereby the rotation angle of the main laser beam incident on the off-axis paraboloid mirror can be detected.

本発明の第5の態様は、第1〜第4の何れか一つの態様に記載する高エネルギー粒子発生装置において、前記ターゲットは、前記主レーザ光が入射されて高エネルギー電子を発生するターゲット試料と、当該高エネルギー電子との相互作用により高エネルギーX線を発生するX線変換材とから構成されていることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。   According to a fifth aspect of the present invention, in the high-energy particle generator according to any one of the first to fourth aspects, the target is a target sample that generates high-energy electrons upon incidence of the main laser beam. And an X-ray conversion material that generates high-energy X-rays by interaction with the high-energy electrons.

かかる第5の態様では、遠隔の狭隘部等に高エネルギーX線を確実に照射することができる。   In the fifth aspect, high energy X-rays can be reliably irradiated to a remote narrow part or the like.

本発明の第6の態様は、第1〜第5の何れか一つの態様に記載する高エネルギー粒子発生装置において、前記導光手段は、折曲部を有する複数の導光管がベアリングを介して相互に回動自在に接続され、前記各導光管の折曲部には、入射した主レーザ光及び副レーザ光を導光管の折れ曲がる方向に反射させるミラーが配設されていることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。   According to a sixth aspect of the present invention, in the high-energy particle generator according to any one of the first to fifth aspects, the light guide means includes a plurality of light guide tubes having bent portions via bearings. And a mirror that reflects the incident main laser light and sub laser light in the direction in which the light guide tube is bent is disposed at the bent portion of each light guide tube. The high-energy particle generator is characterized.

かかる第6の態様では、レーザ光源から遠隔の位置までに至る障害物を避けて主レーザ光及び副レーザ光を導くことができる。   In the sixth aspect, the main laser light and the sub laser light can be guided while avoiding an obstacle from the laser light source to a remote position.

本発明の第7の態様は、レーザ光源からのパルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光が導光手段を介して入射されると共に、これらの主レーザ光及び副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射されてその焦点に前記主レーザ光を集光する軸外し放物面ミラーと、前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データが予め設定された制御手段とを備え、前記制御手段は、前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させることを特徴とする集光装置にある。   According to a seventh aspect of the present invention, pulsed main laser light from a laser light source and sub laser light sharing an optical axis with the main laser light are incident through a light guide, and these main laser lights And an angle adjusting mirror configured to be rotatable so that the sub laser light can be reflected at an arbitrary angle, and the main laser light is incident from the angle adjusting mirror and collected at the focal point. An off-axis paraboloid mirror that emits light, and an inclination angle detection unit that receives the sub laser light from the angle adjusting mirror on the light receiving surface and detects an inclination angle formed by the optical axis of the sub laser light and the light receiving surface. Rotation angle detection means for detecting a rotation angle of the secondary laser light received from the angle adjustment mirror around the optical axis with reference to the secondary laser light before entering the light guide means, and the shaft Parabolic Mira Control means in which optimum tilt angle data that determines an optimum tilt angle, which is a tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is condensed at the focal point, for each rotation angle is set in advance, The control means acquires the rotation angle of the sub laser light from the rotation angle detection means, extracts the optimum tilt angle of the sub laser light corresponding to the rotation angle from the optimum tilt angle data, and uses the optimum tilt angle to In the condensing device, the angle adjusting mirror is rotated so that the sub laser light is received by the tilt angle detecting means.

かかる第7の態様では、副レーザ光の傾斜角度及び回転角度を検出し、主レーザ光を軸外し放物面ミラーの焦点に集光するように制御する。これにより、遠隔の狭隘部に主レーザ光を導く場合でも主レーザ光を確実に集光できる。   In the seventh aspect, the tilt angle and the rotation angle of the sub laser light are detected, and control is performed so that the main laser light is off-axis and focused on the focal point of the parabolic mirror. Thus, even when the main laser beam is guided to a remote narrow part, the main laser beam can be reliably condensed.

本発明の第8の態様は、パルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光を照射するレーザ光源と、前記主レーザ光及び副レーザ光を前記レーザ光源から遠隔の位置に導く導光手段と、前記導光手段からの前記主レーザ光及び前記副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射される軸外し放物面ミラーと、前記軸外し放物面ミラーにより集光された前記主レーザ光が照射されて高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面の法線とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備える高エネルギー粒子発生装置を用いた高エネルギー粒子発生方法であって、前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データを求める工程と、前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させる工程とを備えることを特徴とする高エネルギー粒子発生方法にある。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a laser light source that irradiates a pulsed main laser light and a sub laser light sharing an optical axis with the main laser light, and the main laser light and the sub laser light are remote from the laser light source. A light guide means for guiding to the position, an angle adjusting mirror configured to be rotatable so that the main laser light and the sub laser light from the light guide means can be reflected at an arbitrary angle, and the angle adjustment. An off-axis paraboloid mirror on which the main laser light is incident from a mirror for mirror, a target that is irradiated with the main laser light focused by the off-axis paraboloid mirror to generate high energy particles, and the angle The secondary laser beam is received by the light receiving surface from the adjustment mirror, and the tilt angle detecting means for detecting the tilt angle formed by the optical axis of the secondary laser light and the normal line of the light receiving surface is incident on the light guide means. Before A high energy particle generating method using a high energy particle generating device comprising a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle around the optical axis of the sub laser beam received from the angle adjusting mirror with reference to a laser beam. Then, optimum tilt angle data is obtained in which an optimum tilt angle, which is a tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis paraboloid mirror, is determined for each rotation angle. A rotation angle of the sub laser beam is obtained from the rotation angle detecting means, an optimum tilt angle of the sub laser beam corresponding to the rotation angle is extracted from the optimum tilt angle data, and the sub tilt light is extracted at the optimum tilt angle. And a step of rotating the angle adjusting mirror so that a laser beam is received by the tilt angle detecting means. That.

かかる第8の態様では、副レーザ光の傾斜角度及び回転角度を検出し、主レーザ光を軸外し放物面ミラーの焦点に集光させる。これにより、遠隔の狭隘部に主レーザ光を導く場合でも主レーザ光を確実に集光し、常に高エネルギーの主レーザ光をターゲットに照射することができる。   In the eighth aspect, the tilt angle and the rotation angle of the sub laser light are detected, and the main laser light is off-axis and focused on the focal point of the parabolic mirror. As a result, even when the main laser beam is guided to a remote narrow part, the main laser beam can be reliably condensed and the target can always be irradiated with the high-energy main laser beam.

本発明の第9の態様は、レーザ光源からのパルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光が導光手段を介して入射されると共に、これらの主レーザ光及び副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射されてその焦点に前記主レーザ光を集光する軸外し放物面ミラーと、前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備える集光装置を用いた集光方法であって、前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データを求める工程と、前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させる工程とを具備することを特徴とする集光方法にある。   According to a ninth aspect of the present invention, a pulsed main laser beam from a laser light source and a sub laser beam sharing an optical axis with the main laser beam are incident through a light guide, and these main laser beams And an angle adjusting mirror configured to be rotatable so that the sub laser light can be reflected at an arbitrary angle, and the main laser light is incident from the angle adjusting mirror and collected at the focal point. An off-axis paraboloid mirror that emits light, and an inclination angle detection unit that receives the sub laser light from the angle adjusting mirror on the light receiving surface and detects an inclination angle formed by the optical axis of the sub laser light and the light receiving surface. And a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the sub laser light received from the angle adjusting mirror around the optical axis with reference to the sub laser light before entering the light guide means. Using an optical device A concentrating method, wherein an optimum inclination angle, which is an inclination angle of the sub laser light when the main laser light is condensed at the focal point of the off-axis parabolic mirror, is determined for each rotation angle. Obtaining the angle data; obtaining the rotation angle of the sub laser beam from the rotation angle detecting means; extracting the optimum tilt angle of the sub laser beam corresponding to the rotation angle from the optimum tilt angle data; and And a step of rotating the angle adjusting mirror so that the sub laser light is received by the tilt angle detecting means at an angle.

かかる第9の態様では、副レーザ光の傾斜角度及び回転角度を検出し、主レーザ光を軸外し放物面ミラーの焦点に集光させる。これにより、遠隔の狭隘部に主レーザ光を導く場合でも主レーザ光を確実に集光できる。   In the ninth aspect, the tilt angle and rotation angle of the sub laser light are detected, and the main laser light is off-axis and focused on the focal point of the parabolic mirror. Thus, even when the main laser beam is guided to a remote narrow part, the main laser beam can be reliably condensed.

本発明によれば、高エネルギーのレーザ光を確実に集光し得る集光装置及びその集光装置を用いて高エネルギー粒子を照射し得る高エネルギー粒子発生装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high energy particle generator which can irradiate a high energy particle using the condensing apparatus which can condense a high energy laser beam reliably, and the condensing apparatus is provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。本実施形態では、高エネルギー粒子発生装置の一例として高エネルギーX線を発生する高エネルギーX線発生装置について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described. In the present embodiment, a high energy X-ray generator that generates high energy X-rays will be described as an example of a high energy particle generator.

図1は、本実施形態に係る集光装置を備える高エネルギーX線発生装置の概略構成図である。図示するように、高エネルギーX線発生装置は、パルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光を照射するレーザ光源であるレーザ光照射装置10と、主レーザ光及び副レーザ光をX線発生部30に導く導光手段の一例である導光管群20と、主レーザ光及び副レーザ光が入射され、主レーザ光を集光すると共に集光した主レーザ光を用いて高エネルギーX線を発生させるX線発生部30とを備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a high-energy X-ray generator provided with a condensing device according to the present embodiment. As shown in the figure, the high-energy X-ray generator includes a laser light irradiation device 10 that is a laser light source that irradiates pulsed main laser light and sub laser light that shares an optical axis with the main laser light, and the main laser light. And a light guide tube group 20 which is an example of a light guide means for guiding the sub laser light to the X-ray generation unit 30, and the main laser which is incident with the main laser light and the sub laser light and condenses the main laser light. And an X-ray generator 30 that generates high-energy X-rays using light.

図2は、レーザ光照射装置の概略構成図である。図示するように、レーザ光照射装置10は、パルス状の主レーザ光と共に、その主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光を送出する機器である。詳言すると、レーザ光照射装置10は、主レーザ光源11から照射された主レーザ光がダイクロイックミラー14を介して導光管群20に導かれると共に、副レーザ光源12から照射された副レーザ光がビームエキスパンダ13により所定の直径に調整され、その後、副レーザ光用ミラー15及びダイクロイックミラー14を介して主レーザ光と光軸を共有して導光管群20に導かれるように構成されている。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the laser beam irradiation apparatus. As shown in the figure, the laser beam irradiation apparatus 10 is a device that sends out a pulsed main laser beam and a sub laser beam sharing an optical axis with the main laser beam. More specifically, the laser beam irradiation apparatus 10 guides the main laser beam emitted from the main laser light source 11 to the light guide tube group 20 via the dichroic mirror 14 and also emits the sub laser beam emitted from the sub laser light source 12. Is adjusted to a predetermined diameter by the beam expander 13 and then guided to the light guide tube group 20 through the secondary laser beam mirror 15 and the dichroic mirror 14 while sharing the optical axis with the main laser beam. ing.

また、詳細は後述するが、副レーザ光用ミラー15とダイクロイックミラー14との間には、第1貫通孔17および第2貫通孔18を有する整形マスク16が配設されており、副レーザ光がこの第1貫通孔17及び第2貫通孔18を通過することにより2つに分割されるようになっている。したがって、主レーザ光と副レーザ光とがダイクロイックミラー14により合成された直後の像は、例えば直径が10mmの主レーザ光の像の中に、分割された一方である第1貫通孔17を通過した直径6mmの副レーザ光の像と、他方である第2貫通孔18を通過した直径1mmの副レーザ光の像とからなる合成像19となる。   As will be described in detail later, a shaping mask 16 having a first through hole 17 and a second through hole 18 is disposed between the sub laser beam mirror 15 and the dichroic mirror 14, and the sub laser beam Is divided into two parts by passing through the first through hole 17 and the second through hole 18. Therefore, the image immediately after the main laser beam and the sub laser beam are combined by the dichroic mirror 14 passes through the first through-hole 17 which is one of the divided main laser beams having a diameter of 10 mm, for example. The composite image 19 is composed of the image of the sub laser light having a diameter of 6 mm and the image of the sub laser light having a diameter of 1 mm that has passed through the second through hole 18 as the other.

パルス状の主レーザ光を送出する主レーザ光源11としては、超短パルスレーザ光線又はフェムト秒レーザ光線を照射できるものが好ましく、例えばパルス幅30fsで10mJのエネルギーを有するレーザ光線を照射できるチタンサファイアレーザ装置などが挙げられる。また、副レーザ光を送出する副レーザ光源としては、波長が可視光領域にあるレーザを照射できるものが好ましく、例えば波長が532nmのレーザ光を照射できるNd−YAGレーザ装置などが挙げられる。なお、副レーザ光は、パルス状のレーザ光ではなく、連続的に照射されるレーザ光である。   The main laser light source 11 that emits a pulsed main laser beam is preferably one that can irradiate an ultrashort pulse laser beam or a femtosecond laser beam. For example, titanium sapphire that can irradiate a laser beam having an energy of 10 mJ with a pulse width of 30 fs. A laser apparatus etc. are mentioned. Further, as the sub laser light source for transmitting the sub laser light, a light source capable of irradiating a laser having a wavelength in the visible light region is preferable. For example, an Nd-YAG laser device capable of irradiating a laser beam having a wavelength of 532 nm may be used. Note that the secondary laser light is not pulsed laser light but laser light that is continuously irradiated.

図3は、導光管群の概略構成図である。図示するように、導光管群20は、折曲部を有する複数の導光管21がベアリング23を介して相互に回動自在に接続されて構成されている。末端の2つの導光管21のうち一方は、基台24に接続され、他方はX線発生部30に接続されている。また、各折曲部には、入射した主レーザ光及び副レーザ光を導光管21の折れ曲がる方向に反射させる導光管ミラー22が配設されている。本実施形態では、導光管群20は、合計7個の導光管21と合計8個の導光管ミラー22とから構成されている。また、導光管21には、その位置を安定させるべくウェイト26が設けられている。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the light guide tube group. As shown in the drawing, the light guide tube group 20 is configured by a plurality of light guide tubes 21 having bent portions being connected to each other via a bearing 23 so as to be rotatable. One of the two end light guide tubes 21 is connected to the base 24, and the other is connected to the X-ray generator 30. Each bent portion is provided with a light guide tube mirror 22 that reflects the incident main laser light and sub laser light in the direction in which the light guide tube 21 is bent. In the present embodiment, the light guide tube group 20 includes a total of seven light guide tubes 21 and a total of eight light guide tube mirrors 22. The light guide tube 21 is provided with a weight 26 in order to stabilize its position.

かかる構成の導光管群20によれば、レーザ光照射装置10からの主レーザ光及び副レーザ光が、基台24に設けられたミラー25を介して導光管21内に導入され、導光管ミラー22により反射されて、X線発生部30に導かれる。各導光管21は回動自在であるので、例えばX線発生部30に至るまでの間にある障害物を避けるような一本の導光路を形成できるようになっている。   According to the light guide tube group 20 having such a configuration, the main laser light and the sub laser light from the laser light irradiation device 10 are introduced into the light guide tube 21 through the mirror 25 provided on the base 24 and guided. The light is reflected by the light tube mirror 22 and guided to the X-ray generator 30. Since each light guide tube 21 is rotatable, for example, a single light guide path can be formed so as to avoid an obstacle existing up to the X-ray generation unit 30.

図4は、X線発生部の概略構成図である。図示するように、X線発生部30は、主レーザ光を集光する集光部40と、主レーザ光が照射されて高エネルギーX線を発生するターゲット部50とから構成されている。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the X-ray generation unit. As shown in the figure, the X-ray generation unit 30 includes a condensing unit 40 that condenses main laser light, and a target unit 50 that generates high-energy X-rays when irradiated with the main laser light.

図示するように、集光部40は、光学系L1と光学系L2と、傾斜角度検出手段の一例である傾斜角度センサ48と、回転角度検出手段の一例であるCCDカメラ49と、主レーザ光の集光を制御するための制御手段の一例である制御装置(図示せず)を備えている。   As shown in the figure, the condensing unit 40 includes an optical system L1, an optical system L2, an inclination angle sensor 48 as an example of an inclination angle detection unit, a CCD camera 49 as an example of a rotation angle detection unit, and a main laser beam. The control apparatus (not shown) which is an example of the control means for controlling the condensing of is provided.

光学系L1は、角度調整用ミラーの一例であるステアリングミラー41、ダイクロイックミラー(ビームスプリッタ)42、折り返しミラー43及び軸外し放物面ミラー44から構成され、これらのミラーを経由してレーザ光照射装置10(図1参照)からの主レーザ光はターゲット部50に照射される。   The optical system L1 includes a steering mirror 41, which is an example of an angle adjusting mirror, a dichroic mirror (beam splitter) 42, a folding mirror 43, and an off-axis paraboloidal mirror 44. Laser light irradiation is performed via these mirrors. The main laser beam from the apparatus 10 (see FIG. 1) is applied to the target unit 50.

ステアリングミラー41は、そのX軸及びY軸回りに回動可能に配設されており、後述する制御装置(図示せず)により角度調整されるように構成されている。ステアリングミラー41の角度を変えることにより、主レーザ光が軸外し放物面ミラー44に入射する角度を調整することが可能となっている。   The steering mirror 41 is disposed so as to be rotatable about its X axis and Y axis, and is configured to be angle-adjusted by a control device (not shown) described later. By changing the angle of the steering mirror 41, it is possible to adjust the angle at which the main laser beam is incident on the off-axis parabolic mirror 44.

一方、光学系L2は、ステアリングミラー41、ダイクロイックミラー42及びハーフミラー45から構成されている。副レーザ光は、ダイクロイックミラー42により主レーザ光と分離されて傾斜角度検出手段の一例である傾斜角度センサ48に照射される。また、副レーザ光は、ハーフミラー45により分岐されて回転角度検出手段の一例であるCCDカメラ49に照射される。   On the other hand, the optical system L2 includes a steering mirror 41, a dichroic mirror 42, and a half mirror 45. The sub laser light is separated from the main laser light by the dichroic mirror 42 and applied to a tilt angle sensor 48 which is an example of a tilt angle detecting unit. Further, the sub laser beam is branched by the half mirror 45 and is irradiated to a CCD camera 49 which is an example of a rotation angle detecting unit.

傾斜角度センサ48は、平凸レンズ46と位置センサ47とから構成され、位置センサ47が平凸レンズ46を介して副レーザ光を受光し、その受光した位置に基づいて、副レーザ光の光軸と受光部の法線との成す角である傾斜角度を検出するものである。この傾斜角度の算出についての詳細は後述する。   The tilt angle sensor 48 includes a plano-convex lens 46 and a position sensor 47. The position sensor 47 receives the sub-laser light through the plano-convex lens 46, and the optical axis of the sub-laser light is determined based on the received position. An inclination angle which is an angle formed with the normal line of the light receiving unit is detected. Details of the calculation of the tilt angle will be described later.

CCDカメラ49は、導光管群20に入射する前における副レーザ光を基準として、ステアリングミラー41から受光した副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出するものである。この回転角度の検出についての詳細は後述する。   The CCD camera 49 detects the rotation angle around the optical axis of the sub laser light received from the steering mirror 41 with reference to the sub laser light before entering the light guide tube group 20. Details of the detection of the rotation angle will be described later.

制御装置は、傾斜角度センサ48から傾斜角度が入力され、CCDカメラ49の整形マスク画像から得られる回転角度が入力され、これらの角度とあらかじめ設定された最適傾斜角度データとに基づいてステアリングミラー41の姿勢を制御するものである。かかる制御により、主レーザ光は軸外し放物面ミラー44の焦点に常に集光されるようになる。この制御についての詳細については後述する。   The control device receives the tilt angle from the tilt angle sensor 48, receives the rotation angle obtained from the shaping mask image of the CCD camera 49, and the steering mirror 41 based on these angles and preset optimum tilt angle data. It controls the attitude of the. With this control, the main laser light is always focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror 44. Details of this control will be described later.

ターゲット部50は、主レーザ光が入射されて高エネルギー電子を発生するターゲット試料51と、当該高エネルギー電子との相互作用により高エネルギーX線を発生するX線変換材52とから構成されている。尚、ターゲット試料51自身をX線変換材52とみなしてもよい。   The target unit 50 includes a target sample 51 that generates high-energy electrons upon incidence of main laser light, and an X-ray conversion material 52 that generates high-energy X-rays by interaction with the high-energy electrons. . Note that the target sample 51 itself may be regarded as the X-ray conversion material 52.

本実施形態では、ターゲット部50は、さらに、試料支持軸53と巻取り軸54とを具備している。試料支持軸53にテープ状に形成されたターゲット試料51が巻きつけられ、巻取り軸54がそのテープ状のターゲット試料51を巻き取るように構成されている。また、ターゲット試料51は、軸外し放物面ミラー44の焦点を通るように試料支持軸53と巻取り軸54とに張設されている。   In the present embodiment, the target unit 50 further includes a sample support shaft 53 and a winding shaft 54. A target sample 51 formed in a tape shape is wound around the sample support shaft 53, and a winding shaft 54 is configured to wind up the tape-shaped target sample 51. The target sample 51 is stretched between the sample support shaft 53 and the take-up shaft 54 so as to pass through the focal point of the off-axis parabolic mirror 44.

ターゲット試料51に軸外し放物面ミラー44により集光された主レーザ光が照射されると、高エネルギー電子が発生する。そして、この高エネルギー電子とX線変換材52との相互作用により、X線変換材52から高エネルギーX線が発生する。   When the target sample 51 is irradiated with the main laser beam condensed by the off-axis parabolic mirror 44, high-energy electrons are generated. High energy X-rays are generated from the X-ray conversion material 52 by the interaction between the high energy electrons and the X-ray conversion material 52.

ターゲット試料51は、パルス状の主レーザ光により高エネルギー電子を生成させることができるものであれば材質は特に限定されない。ターゲット試料51としては、例えば金属やプラスチックなどであってもよいが、ターゲット試料51自身をX線変換材52とみなして直接X線を発生させる場合、より原子番号の大きい原子からなるものが好ましい。より原子番号の大きい原子からなるものを用いると、制動放射によってより多くの高エネルギーX線が発生する。例えば、銅やタンタルテープなどを好適に用いることができる。また、ターゲット試料51の形状についても、パルス状のレーザ光により高エネルギー電子を生成させることができるものであれば特に限定されない。   The material of the target sample 51 is not particularly limited as long as it can generate high-energy electrons with a pulsed main laser beam. The target sample 51 may be, for example, metal or plastic, but when the target sample 51 itself is regarded as the X-ray conversion material 52 and X-rays are directly generated, the target sample 51 is preferably composed of atoms having a higher atomic number. . When an atom having a higher atomic number is used, more high-energy X-rays are generated by bremsstrahlung. For example, copper, tantalum tape, etc. can be used suitably. Also, the shape of the target sample 51 is not particularly limited as long as it can generate high-energy electrons with pulsed laser light.

ここで、傾斜角度センサ48による副レーザ光の傾斜角度の検出について図5を用いて詳細に説明する。図5は、傾斜角度センサに入射する副レーザ光を示す概略図及び位置センサにより計測された副レーザ光の位置を示す概略図である。   Here, the detection of the tilt angle of the sub laser light by the tilt angle sensor 48 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing the secondary laser light incident on the tilt angle sensor and a schematic diagram showing the position of the secondary laser light measured by the position sensor.

図5(a)は、位置センサ47及び平凸レンズ46をY軸方向から見たX−Z平面の平面図である。同図に示すように、平凸レンズ46は、位置センサ47の受光面の所定位置Oに焦点が合わされて配設され、副レーザ光が位置センサ47の受光面の法線に対して傾斜している。   FIG. 5A is a plan view of the XZ plane when the position sensor 47 and the plano-convex lens 46 are viewed from the Y-axis direction. As shown in the figure, the plano-convex lens 46 is disposed in focus at a predetermined position O on the light receiving surface of the position sensor 47, and the sub laser beam is inclined with respect to the normal line of the light receiving surface of the position sensor 47. Yes.

このときの副レーザ光と法線とが成す傾斜角度θは、次のように検出される。まず、位置センサ47の受光面における集光点Iの位置と受光面の所定位置Oとの差をX成分について計算する。すなわち、図5(c)に示すように差δを計算する。ここで、平凸レンズ46の焦点距離をfとすると、δ=f×θという関係が成立する。よって、X−Z平面における法線と副レーザ光とが成す傾斜角度θを検出することができる。 The tilt angle θ X formed by the sub laser beam and the normal line at this time is detected as follows. First, the difference between the position of the condensing point I on the light receiving surface of the position sensor 47 and the predetermined position O on the light receiving surface is calculated for the X component. In other words, it calculates the difference [delta] X, as shown in FIG. 5 (c). Here, if the focal length of the plano-convex lens 46 is f, the relationship δ X = f × θ X is established. Therefore, it is possible to detect the inclination angle θ X formed by the normal line in the XZ plane and the sub laser beam.

Y−Z平面における法線と副レーザ光とが成す傾斜角度θも同様に算出することができる。図5(b)は、位置センサ47及び平凸レンズ46をX軸方向から見たY−Z平面の平面図である。同図に示すように、平凸レンズ46は、位置センサ47の受光面の所定位置Oに焦点が合わされて配設され、副レーザ光が位置センサ47の受光面の法線に対して傾斜している。 The tilt angle θ Y formed by the normal line in the YZ plane and the sub laser beam can be calculated in the same manner. FIG. 5B is a plan view of the YZ plane when the position sensor 47 and the plano-convex lens 46 are viewed from the X-axis direction. As shown in the figure, the plano-convex lens 46 is disposed in focus at a predetermined position O on the light receiving surface of the position sensor 47, and the sub laser beam is inclined with respect to the normal line of the light receiving surface of the position sensor 47. Yes.

このときの副レーザ光と法線とが成す傾斜角度θは、次のように検出される。まず、位置センサ47の受光面における集光点Iの位置と受光面の所定位置Oとの差をY成分について計算する。すなわち、図5(c)に示すように差δを計算する。ここで、平凸レンズ46の焦点距離をfとすると、δ=f×θという関係が成立する。よって、Y−Z平面における法線と副レーザ光とが成す傾斜角度θを算出することができる。 The inclination angle θ Y formed by the sub laser beam and the normal line at this time is detected as follows. First, the difference between the position of the condensing point I on the light receiving surface of the position sensor 47 and the predetermined position O on the light receiving surface is calculated for the Y component. That is, the difference δ Y is calculated as shown in FIG. Here, if the focal length of the plano-convex lens 46 is f, the relationship δ Y = f × θ Y is established. Therefore, it is possible to calculate the inclination angle theta Y formed between the normal line and the sub laser light in Y-Z plane.

次に、CCDカメラ49による副レーザ光のその光軸回りの回転角度の検出について図6を用いて詳細に説明する。図6(a)は整形マスクの正面図、同図(b)は回転角度センサに入射する副レーザ光の像を示す概略図である。ここでは、貫通孔の一例として円形開口を示したが、パターン認識が容易に行える形状であればこれに限定されない。   Next, detection of the rotation angle of the sub laser light around the optical axis by the CCD camera 49 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 6A is a front view of the shaping mask, and FIG. 6B is a schematic view showing an image of the secondary laser light incident on the rotation angle sensor. Here, a circular opening is shown as an example of the through hole, but the shape is not limited to this as long as the pattern can be easily recognized.

図6(a)に示すように、整形マスク16には、第1貫通孔17と第2貫通孔18とが設けられており、これらの貫通孔の中心を結ぶ直線を基準線Laとする。副レーザ光がこれらの第1貫通孔17及び第2貫通孔18を通過して2つに分割され、その光軸回りに回転しないならば、カメラレンズでこれら第1貫通孔17及び第2貫通孔18へピントを合わせた状態においてCCDカメラ49で撮像される2つの副レーザ光の像は、第1貫通孔17と第2貫通孔18の位置関係を保ったまま観測されるはずである。   As shown in FIG. 6A, the shaping mask 16 is provided with a first through hole 17 and a second through hole 18, and a straight line connecting the centers of these through holes is defined as a reference line La. If the secondary laser light passes through the first through hole 17 and the second through hole 18 and is divided into two parts and does not rotate around the optical axis, the camera lens causes the first through hole 17 and the second through hole to be divided. The images of the two sub laser beams picked up by the CCD camera 49 in a state where the hole 18 is in focus should be observed while maintaining the positional relationship between the first through hole 17 and the second through hole 18.

しかしながら、副レーザ光が導光管群20や光学系L1、L2を経由する際にその光軸回りに回転したとすると、図6(b)に示すように、2つの副レーザ光の像である第1の像61と第2の像62とが観測される。すなわち、基準線La上の第1の像61と、基準線Laからずれた第2の像62とがCCDカメラ49に撮像されている。よって、第1の像61と第2の像62とを結ぶ直線Lbと基準線Laとの成す角を求めれば、副レーザ光の回転角度を検出し得る。   However, if the sub laser light rotates around its optical axis when passing through the light guide tube group 20 and the optical systems L1 and L2, as shown in FIG. A certain first image 61 and second image 62 are observed. That is, the first image 61 on the reference line La and the second image 62 shifted from the reference line La are captured by the CCD camera 49. Therefore, if the angle formed by the straight line Lb connecting the first image 61 and the second image 62 and the reference line La is obtained, the rotation angle of the sub laser light can be detected.

具体的には、CCDカメラ49により撮像した画像データを画像認識処理を用いて回転角度αを検出する。図7は、回転角度を検出する画像認識処理を説明する図である。まず、図7(a)に示すように、第1の像61と同形状の第1画像パターン71で画像データ60をスキャンする。このとき、画像データ60中の各位置ごとに、第1画像パターン71と画像データ60との輝度の差を算出する。これにより、その輝度の差が最も小さいときの位置に第1の像61がある、ということが認識される。   Specifically, the rotation angle α is detected using image recognition processing for image data captured by the CCD camera 49. FIG. 7 is a diagram for explaining image recognition processing for detecting a rotation angle. First, as shown in FIG. 7A, the image data 60 is scanned with a first image pattern 71 having the same shape as the first image 61. At this time, the difference in luminance between the first image pattern 71 and the image data 60 is calculated for each position in the image data 60. Thereby, it is recognized that the first image 61 is located at the position where the difference in luminance is the smallest.

次に、図7(b)に示すように、第2の像62と同形状の第2画像パターン72を、画像データ60中に認識された第1の像61の回りに基準線Laから回動させる。この回動する際の各位置ごとに、第2画像パターン72と画像データ60との輝度の差を算出する。これにより、その輝度の差が最も小さいときの位置に第2の像62がある、ということが認識される。よって、このときの第2の像62を回動させた角度が副レーザ光のその光軸回りの回転角度αとなる。   Next, as shown in FIG. 7B, a second image pattern 72 having the same shape as the second image 62 is rotated from the reference line La around the first image 61 recognized in the image data 60. Move. The brightness difference between the second image pattern 72 and the image data 60 is calculated for each position during the rotation. Thereby, it is recognized that the second image 62 is located at the position where the difference in luminance is the smallest. Therefore, the angle at which the second image 62 is rotated at this time is the rotation angle α around the optical axis of the sub laser light.

以上のように、傾斜角度センサ48から副レーザ光の傾斜角度θ及びθが検出され、CCDカメラ49から副レーザ光のその光軸回りの回転角度αが検出される。 As described above, the tilt angles θ X and θ Y of the sub laser light are detected from the tilt angle sensor 48, and the rotation angle α of the sub laser light around the optical axis is detected from the CCD camera 49.

制御装置は、これらの傾斜角度θ、θ及び回転角度αと最適傾斜角度データとに基づいて、軸外し放物面ミラー44の焦点に主レーザ光が常に集光されるようにステアリングミラー41の姿勢を制御する。 The control device controls the steering mirror so that the main laser beam is always focused on the focal point of the off-axis paraboloidal mirror 44 based on the tilt angles θ X and θ Y, the rotation angle α, and the optimum tilt angle data. 41 is controlled.

ここで最適傾斜角度データとは、軸外し放物面ミラー44の焦点に主レーザ光が集光されたときにおける副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を回転角度ごとに定めたものである。最適傾斜角度データは、次のように作成される。   Here, the optimum tilt angle data is obtained by determining the optimum tilt angle, which is the tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis paraboloid mirror 44, for each rotation angle. . The optimum tilt angle data is created as follows.

まず、軸外し放物面ミラー44の焦点近傍に、ターゲット部50に代えて対物レンズとCCDカメラを配置し、対物レンズを介してCCDカメラで受光した主レーザ光の像を表示する表示装置(図示せず)を準備する。次に、表示装置に表示された主レーザ光の像が最小になるようにステアリングミラー41の角度を調節する。なお、主レーザ光の像が最小になったか否かは、目視により判断してもよいし、既知の画像認識処理により行うこともできる。   First, an objective lens and a CCD camera are arranged in the vicinity of the focal point of the off-axis paraboloidal mirror 44 in place of the target unit 50, and a display device that displays an image of main laser light received by the CCD camera via the objective lens ( Prepare (not shown). Next, the angle of the steering mirror 41 is adjusted so that the image of the main laser beam displayed on the display device is minimized. Whether or not the image of the main laser beam is minimized may be determined by visual observation or may be performed by a known image recognition process.

次に、主レーザ光の像が最小になったときにおける、傾斜角度センサ48で検出した副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度θ、θを、CCDカメラ49で検出した副レーザ光の回転角度αに対応付けて記録する。以降、副レーザ光をその光軸回りに回動させ、その都度、最適傾斜角度θ、θをその回転角度αに対応付けて記録する。このように最適傾斜角度θ、θを回転角度αに対応付けたものを最適傾斜角度データとする。 Next, the optimum tilt angles θ X and θ Y , which are the tilt angles of the sub laser light detected by the tilt angle sensor 48 when the image of the main laser light is minimized, are sub laser light detected by the CCD camera 49. Are recorded in association with the rotation angle α. Thereafter, the sub laser light is rotated around the optical axis, and the optimum tilt angles θ X and θ Y are recorded in association with the rotation angle α each time. As described above, the optimum inclination angle data is obtained by associating the optimum inclination angles θ X and θ Y with the rotation angle α.

本実施形態では、回転角度αが0、45、90、135、180、225、270、315、360度である場合について最適傾斜角度θ、θ(mrad)を測定し、記録した。これらの回転角度と最適傾斜角度θとプロットしたグラフを図8に示す。 In the present embodiment, the optimum inclination angles θ X and θ Y (mrad) are measured and recorded in the case where the rotation angle α is 0, 45, 90, 135, 180, 225, 270, 315, 360 degrees. These rotation angles and the optimum inclination angle theta X and plotted graph shown in FIG.

図8には、実験により得られた各回転角度における最適傾斜角度θの実測値を四角と三角の点で表してある。また、周期は2π(rad)であるので、回転角度αを変数とするフーリエ級数を求め、これを折れ線グラフとして示してある。これにより実測の回転角度以外の回転角度についても最適傾斜角度θが示されている。なお、各回転角度における最適傾斜角度θは一定の値ではなく、変動していることがわかる。このことは、収差を含む主レーザ光を軸外し放物面ミラーに入射させる場合においては、回転角度も考慮しなければならないことを裏付けている。 In FIG. 8, the measured values of the optimum inclination angle θ X at each rotation angle obtained by the experiment are represented by square and triangular points. Since the period is 2π (rad), a Fourier series having the rotation angle α as a variable is obtained and shown as a line graph. Optimum inclination angle theta X is shown also the rotation angle other than the rotation angle of the thereby measured. The optimum inclination angle theta X at each rotational angle is not constant value, it can be seen that the fluctuations. This confirms that the rotation angle must also be taken into account when the main laser beam including aberration is incident on the off-axis parabolic mirror.

同様に、各回転角度における最適傾斜角度θを作成する。各回転角度に対応する最適傾斜角度θ、θをプロットしたグラフを図9に示す。またフィティングで得られたフーリエ級数は以下のとおりである。 Likewise, to create the optimum inclination angle theta Y at each rotation angle. FIG. 9 shows a graph in which the optimum inclination angles θ X and θ Y corresponding to the respective rotation angles are plotted. The Fourier series obtained by fitting is as follows.

図示するように、例えば、回転角度が45度であるときの最適傾斜角度θは、約−0.6(mrad)であり、最適傾斜角度θは約0.05である。 As shown in the drawing, for example, when the rotation angle is 45 degrees, the optimum inclination angle θ X is about −0.6 (mrad), and the optimum inclination angle θ Y is about 0.05.

制御装置は、図9に示したような最適傾斜角度データを用いてステアリングミラー41の姿勢を次のように制御する。   The control device controls the attitude of the steering mirror 41 using the optimum tilt angle data as shown in FIG. 9 as follows.

まず、制御装置は、CCDカメラ49から副レーザ光の回転角度を取得する。例えばこのときの回転角度が90度であるとする。次に、制御装置は、回転角度が90度に対応する最適傾斜角度θと最適傾斜角度θとを最適傾斜角度データから抽出する。これにより、最適傾斜角度θとして0(mrad)、最適傾斜角度θとして0.5(mrad)が抽出される。その後、制御装置は、傾斜角度センサ48から入力される傾斜角度θと傾斜角度θとが、それぞれ0(回転角度が90における最適傾斜角度θ)、0.5(回転角度が90における最適傾斜角度θ)となるように、ステアリングミラー41の姿勢を制御する。 First, the control device acquires the rotation angle of the sub laser light from the CCD camera 49. For example, assume that the rotation angle at this time is 90 degrees. Next, the control device extracts the optimum inclination angle θ X and the optimum inclination angle θ Y corresponding to the rotation angle of 90 degrees from the optimum inclination angle data. Thus, 0 as the optimum inclination angle θ X (mrad), 0.5 ( mrad) is extracted as the optimum tilt angle theta Y. Thereafter, the control device sets the tilt angle θ X and the tilt angle θ Y input from the tilt angle sensor 48 to 0 (optimal tilt angle θ X when the rotation angle is 90) and 0.5 (when the rotation angle is 90, respectively). The attitude of the steering mirror 41 is controlled so that the optimum inclination angle θ Y ) is obtained.

このような制御により、副レーザ光が最適傾斜角度をもって傾斜角度センサ48に入射すると、主レーザ光は、その最適傾斜角度で軸外し放物面ミラー44に入射する。この結果、主レーザ光は、軸外し放物面ミラー44の焦点に収差なく集光する。   With such control, when the sub laser light is incident on the tilt angle sensor 48 with the optimum tilt angle, the main laser beam is incident on the off-axis paraboloid mirror 44 with the optimum tilt angle. As a result, the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror 44 without aberration.

以上に説明したように、高エネルギーX線発生装置では、レーザ光照射装置10から主レーザ光及び副レーザ光が導光管群20を介してX線発生部30に導かれる。そして、X線発生部30では副レーザ光の傾斜角度及び回転角度を検出し、主レーザ光を軸外し放物面ミラー44の焦点に集光するように制御する。これにより、遠隔の狭隘部等に主レーザ光を導くべく各導光管21を回動させることにより主レーザ光が回転しても、主レーザ光を確実に集光し、常に高エネルギーの主レーザ光をターゲット部50に照射することができる。これにより、レーザ光照射装置10から導光管群20を介して遠隔の位置に高エネルギーX線を確実に照射し得る高エネルギーX線発生装置が提供される。   As described above, in the high energy X-ray generator, the main laser light and the sub laser light are guided from the laser light irradiation device 10 to the X-ray generator 30 through the light guide tube group 20. Then, the X-ray generation unit 30 detects the tilt angle and rotation angle of the sub laser light, and controls the main laser light to be off-axis and focused on the focal point of the parabolic mirror 44. Thereby, even if the main laser light is rotated by rotating each light guide tube 21 so as to guide the main laser light to a remote narrow part or the like, the main laser light is reliably condensed, and the main laser beam is always high-energy. The target unit 50 can be irradiated with laser light. Thereby, a high energy X-ray generator capable of reliably irradiating a remote position from the laser light irradiation device 10 via the light guide tube group 20 with high energy X-rays is provided.

なお、高エネルギーX線を照射する場合のみならず、ターゲット部50を適宜構成することにより、種々の高エネルギー粒子を照射し得る高エネルギー粒子発生装置が提供される。例えば、高エネルギーのイオンビームを発生させる高エネルギーイオンビーム発生装置を構成してもよい。このようなイオンビームは癌治療への応用が期待されている。一般に、強度1018W/cm以上の高エネルギーのパルスレーザを、厚さ数μmの薄膜に照射すると、薄膜裏面(レーザ光照射面の裏面)の法線方向に指向性を有する数MeVから数十MeVの高エネルギーのイオンビームが発生することが知られている。そこで本発明のターゲット部50を、例えばプラスチックなどの薄膜が主レーザ光に照射されるように構成することで、高エネルギーのイオンビームを発生させる高エネルギーイオン発生装置が得られる。 In addition, the high energy particle generator which can irradiate various high energy particles is provided not only when irradiating with high energy X-rays but by appropriately configuring the target unit 50. For example, a high energy ion beam generator that generates a high energy ion beam may be configured. Such an ion beam is expected to be applied to cancer treatment. In general, when a high-energy pulse laser having an intensity of 10 18 W / cm 2 or more is irradiated onto a thin film having a thickness of several μm, the number MeV having directivity in the normal direction of the thin film back surface (the back surface of the laser light irradiation surface) It is known that a high energy ion beam of several tens MeV is generated. Therefore, by configuring the target unit 50 of the present invention so that a main laser beam is irradiated with a thin film such as plastic, a high energy ion generator that generates a high energy ion beam can be obtained.

また、本発明の集光部40は、軸外し放物面ミラー44の焦点に光源からのレーザ光を確実に集光し得る集光装置として有用なものである。   Further, the condensing unit 40 of the present invention is useful as a condensing device that can reliably condense laser light from the light source at the focal point of the off-axis paraboloidal mirror 44.

本発明は、X線を利用して非破壊検査を行う産業分野や、イオンビームを利用して癌治療に用いる産業分野で有効に利用し得る。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used in the industrial field where non-destructive inspection is performed using X-rays and the industrial field used for cancer treatment using ion beams.

本発明の実施形態に係る高エネルギーX線発生装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the high energy X-ray generator which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザ光照射装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser beam irradiation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る導光管群の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the light guide tube group which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るX線発生部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the X-ray generation part which concerns on embodiment of this invention. 傾斜角度センサに入射する副レーザ光を示す概略図及び位置センサにより計測された副レーザ光の位置を示す概略図である。It is the schematic which shows the position of the secondary laser beam measured by the schematic diagram and position sensor which show the secondary laser beam which injects into an inclination angle sensor. 整形マスクの正面図及び回転角度センサに入射する副レーザ光の像を示す概略図である。It is the schematic which shows the front view of a shaping mask, and the image of the secondary laser beam which injects into a rotation angle sensor. 回転角度を検出する画像認識処理を説明する図である。It is a figure explaining the image recognition process which detects a rotation angle. 回転角度と最適傾斜角度θとプロットしたグラフである。It is the rotation angle and the optimum inclination angle theta X and plotted graph. 各回転角度に対応する最適傾斜角度θ、θをプロットしたグラフである。It is the graph which plotted optimal inclination-angle (theta) X , (theta) Y corresponding to each rotation angle. 従来技術に係るX線発生部の構成を説明する概略平面図である。It is a schematic plan view explaining the structure of the X-ray generation part which concerns on a prior art. 軸外し放物面ミラーに入射する主レーザ光とその像との関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the main laser beam which injects into an off-axis paraboloid mirror, and its image. Seidelの5収差を示す図である。It is a figure which shows 5 aberrations of Seidel. 収差に対応する主レーザ光の波面形状を示す図である。It is a figure which shows the wavefront shape of the main laser beam corresponding to an aberration. 主レーザ光と収差とを説明する図である。It is a figure explaining a main laser beam and an aberration. 軸外し放物面ミラーに入射する主レーザ光とその像との関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the main laser beam which injects into an off-axis paraboloid mirror, and its image.

符号の説明Explanation of symbols

10 レーザ光照射装置
11 主レーザ光源
12 副レーザ光源
13 ビームエキスパンダ
14 ダイクロイックミラー
15 副レーザ光用ミラー
16 整形マスク
17 第1貫通孔
18 第2貫通孔
19 合成像
20 導光管群
21 導光管
22 導光管ミラー
23 ベアリング
24 基台
25 ミラー
26 ウェイト
30 X線発生部
40 集光部
41 ステアリングミラー
42 ダイクロイックミラー
43 折り返しミラー
44 軸外し放物面ミラー
45 ハーフミラー
46 平凸レンズ
47 位置センサ
48 傾斜角度センサ
49 CCDカメラ
50 ターゲット部
51 ターゲット試料
52 X線変換材
53 試料支持軸
54 巻き取り軸
60 画像データ
61 第1の像
62 第2の像
71 第1画像パターン
72 第2画像パターン
100 X線発生部
101 ターゲット
102 傾斜角度センサ
103 ステアリングミラー
104 ダイクロイックミラー
105 折り返しミラー
106 軸外し放物面ミラー
107 平凸レンズ
108 位置センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser beam irradiation apparatus 11 Main laser light source 12 Sub laser light source 13 Beam expander 14 Dichroic mirror 15 Sub laser beam mirror 16 Shaping mask 17 First through hole 18 Second through hole 19 Composite image 20 Light guide tube group 21 Light guide Tube 22 Light guide tube mirror 23 Bearing 24 Base 25 Mirror 26 Weight 30 X-ray generation unit 40 Condensing unit 41 Steering mirror 42 Dichroic mirror 43 Folding mirror 44 Off-axis parabolic mirror 45 Half mirror 46 Plano-convex lens 47 Position sensor 48 Tilt angle sensor 49 CCD camera 50 Target unit 51 Target sample 52 X-ray conversion material 53 Sample support shaft 54 Take-up shaft 60 Image data 61 First image 62 Second image 71 First image pattern 72 Second image pattern 100 X Line generator 101 Target 102 Inclination Degree sensor 103 steering mirror 104 dichroic mirror 105 folding mirror 106 off-axis parabolic mirror 107 plano-convex lens 108 position sensor

Claims (9)

パルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記主レーザ光及び副レーザ光を前記レーザ光源から遠隔の位置に導く導光手段と、
前記導光手段からの前記主レーザ光及び前記副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、
前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射される軸外し放物面ミラーと、
前記軸外し放物面ミラーにより集光された前記主レーザ光が照射されて高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、
前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面の法線とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データが予め設定された制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
A laser light source for irradiating pulsed main laser light and sub laser light sharing an optical axis with the main laser light;
A light guiding means for guiding the main laser light and the sub laser light to a position remote from the laser light source;
An angle adjusting mirror configured to be rotatable so that the main laser light and the sub laser light from the light guiding means can be reflected at an arbitrary angle;
An off-axis parabolic mirror on which the main laser light is incident from the angle adjusting mirror;
A target that is irradiated with the main laser light collected by the off-axis parabolic mirror to generate high-energy particles;
A tilt angle detecting means for receiving the sub laser beam from the angle adjusting mirror on a light receiving surface and detecting a tilt angle formed by an optical axis of the sub laser beam and a normal line of the light receiving surface;
Rotation angle detection means for detecting a rotation angle around the optical axis of the sub laser light received from the angle adjusting mirror with reference to the sub laser light before entering the light guide means;
Optimum tilt angle data is set in advance, in which an optimum tilt angle, which is the tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror, is determined for each rotation angle. Control means,
The control unit obtains the rotation angle of the sub laser light from the rotation angle detection unit, extracts the optimum tilt angle of the sub laser beam corresponding to the rotation angle from the optimum tilt angle data, and uses the optimum tilt angle. The high energy particle generating apparatus, wherein the angle adjusting mirror is rotated so that the sub laser beam is received by the tilt angle detecting means.
請求項1に記載する高エネルギー粒子発生装置において、
前記最適傾斜角度データは、前記軸外し放物面ミラーの焦点近傍で前記主レーザ光の像を画像データとして取得し、前記主レーザ光が一点に結像した画像データが得られるように前記角度調整用ミラーの角度を調整し、このときの前記傾斜角度を前記回転角度に対応付けて作成したものである
ことを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
In the high energy particle generator according to claim 1,
The optimum tilt angle data is obtained so that an image of the main laser beam is obtained as image data in the vicinity of the focal point of the off-axis paraboloidal mirror, and image data in which the main laser beam is formed at one point is obtained. A high-energy particle generator characterized in that the angle of the adjustment mirror is adjusted, and the tilt angle at this time is created in association with the rotation angle.
請求項1又は請求項2に記載する高エネルギー粒子発生装置において、
前記傾斜角度検出手段は、前記副レーザ光の前記受光面における像の位置と前記受光面の所定位置との差を算出するとともに、当該所定位置に焦点が合わされたレンズを介して前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光が照射されるように構成され、前記差と前記レンズの焦点距離から前記傾斜角度を算出する
ことを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
In the high energy particle generator according to claim 1 or 2,
The tilt angle detecting means calculates a difference between the position of the image of the sub laser light on the light receiving surface and a predetermined position of the light receiving surface, and uses the lens for adjusting the angle through a lens focused on the predetermined position. The high-energy particle generator is configured to irradiate the sub-laser light from a mirror, and calculates the tilt angle from the difference and the focal length of the lens.
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載する高エネルギー粒子発生装置において、
前記レーザ光源と前記導光手段との間に配設された第1貫通孔及び第2貫通孔を有する整形マスクを具備し、
前記副レーザ光は、前記第1貫通孔及び第2貫通孔を通過することにより2つに分割され、
前記回転角度検出手段は、2つに分かれた前記副レーザ光の像である第1の像及び第2の像を受光すると共に、前記第1貫通孔と前記第2貫通孔とを結ぶ直線を基準線とし、前記第1の像を中心として前記第2の像の前記基準線からの角度を前記回転角度として算出する
ことを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
In the high energy particle generator according to any one of claims 1 to 3,
A shaping mask having a first through hole and a second through hole disposed between the laser light source and the light guide;
The sub laser light is divided into two by passing through the first through hole and the second through hole,
The rotation angle detection means receives a first image and a second image that are images of the sub-laser light divided into two, and forms a straight line connecting the first through hole and the second through hole. A high energy particle generating apparatus, characterized in that an angle from the reference line of the second image with the first image as a center is calculated as the rotation angle.
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載する高エネルギー粒子発生装置において、
前記ターゲットは、前記主レーザ光が入射されて高エネルギー電子を発生するターゲット試料と、当該高エネルギー電子との相互作用により高エネルギーX線を発生するX線変換材とから構成されている
ことを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
In the high energy particle generator according to any one of claims 1 to 4,
The target is composed of a target sample that generates high-energy electrons upon incidence of the main laser beam, and an X-ray conversion material that generates high-energy X-rays by interaction with the high-energy electrons. A high energy particle generator.
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載する高エネルギー粒子発生装置において、
前記導光手段は、折曲部を有する複数の導光管がベアリングを介して相互に回動自在に接続され、
前記各導光管の折曲部には、入射した主レーザ光及び副レーザ光を導光管の折れ曲がる方向に反射させるミラーが配設されている
ことを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
In the high energy particle generator according to any one of claims 1 to 5,
The light guide means, a plurality of light guide tubes having a bent portion are connected to each other through a bearing,
The high energy particle generator according to claim 1, wherein a mirror for reflecting the incident main laser light and sub laser light in a direction in which the light guide tube is bent is disposed in the bent portion of each light guide tube.
レーザ光源からのパルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光が導光手段を介して入射されると共に、これらの主レーザ光及び副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、
前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射されてその焦点に前記主レーザ光を集光する軸外し放物面ミラーと、
前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データが予め設定された制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させることを特徴とする集光装置。
The pulsed main laser light from the laser light source and the sub laser light sharing the optical axis with the main laser light are incident through the light guiding means, and the main laser light and the sub laser light are set at arbitrary angles. An angle adjusting mirror configured to be rotatable so that it can be reflected;
An off-axis paraboloidal mirror that receives the main laser light from the angle adjusting mirror and focuses the main laser light on a focal point thereof;
Inclination angle detection means for detecting the inclination angle formed by the optical axis of the sub laser light and the light receiving surface while receiving the sub laser light from the angle adjusting mirror on the light receiving surface;
Rotation angle detection means for detecting a rotation angle around the optical axis of the sub laser light received from the angle adjusting mirror with reference to the sub laser light before entering the light guide means;
Optimum tilt angle data is set in advance, in which an optimum tilt angle, which is the tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror, is determined for each rotation angle. Control means,
The control unit obtains the rotation angle of the sub laser light from the rotation angle detection unit, extracts the optimum tilt angle of the sub laser beam corresponding to the rotation angle from the optimum tilt angle data, and uses the optimum tilt angle. The condensing device, wherein the angle adjusting mirror is rotated so that the sub laser light is received by the tilt angle detecting means.
パルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光を照射するレーザ光源と、
前記主レーザ光及び副レーザ光を前記レーザ光源から遠隔の位置に導く導光手段と、
前記導光手段からの前記主レーザ光及び前記副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、
前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射される軸外し放物面ミラーと、
前記軸外し放物面ミラーにより集光された前記主レーザ光が照射されて高エネルギー粒子を発生させるターゲットと、
前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面の法線とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備える高エネルギー粒子発生装置を用いた高エネルギー粒子発生方法であって、
前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データを求める工程と、
前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させる工程とを備える
ことを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。
A laser light source for irradiating pulsed main laser light and sub laser light sharing the optical axis with the main laser light;
A light guiding means for guiding the main laser light and the sub laser light to a position remote from the laser light source;
An angle adjusting mirror configured to be rotatable so that the main laser light and the sub laser light from the light guiding means can be reflected at an arbitrary angle;
An off-axis parabolic mirror on which the main laser light is incident from the angle adjusting mirror;
A target that is irradiated with the main laser light collected by the off-axis parabolic mirror to generate high-energy particles;
A tilt angle detecting means for receiving the sub laser beam from the angle adjusting mirror on a light receiving surface and detecting a tilt angle formed by an optical axis of the sub laser beam and a normal line of the light receiving surface;
High energy particles comprising rotation angle detection means for detecting a rotation angle of the sub laser light received from the angle adjusting mirror around the optical axis with reference to the sub laser light before entering the light guide means. A high energy particle generation method using a generator,
Obtaining optimum tilt angle data in which an optimum tilt angle, which is a tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror, is determined for each rotation angle;
The rotation angle of the sub laser beam is acquired from the rotation angle detecting means, the optimum tilt angle of the sub laser beam corresponding to the rotation angle is extracted from the optimum tilt angle data, and the sub laser beam is transmitted at the optimum tilt angle. And a step of rotating the angle adjusting mirror so as to be received by the tilt angle detecting means.
レーザ光源からのパルス状の主レーザ光及び当該主レーザ光と光軸を共有する副レーザ光が導光手段を介して入射されると共に、これらの主レーザ光及び副レーザ光を任意の角度に反射し得るように回動自在に構成された角度調整用ミラーと、
前記角度調整用ミラーから前記主レーザ光が入射されてその焦点に前記主レーザ光を集光する軸外し放物面ミラーと、
前記角度調整用ミラーから前記副レーザ光を受光面に受光すると共に当該副レーザ光の光軸と当該受光面とが成す傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
前記導光手段に入射する前における前記副レーザ光を基準として、前記角度調整用ミラーから受光した前記副レーザ光のその光軸回りの回転角度を検出する回転角度検出手段とを備える集光装置を用いた集光方法であって、
前記軸外し放物面ミラーの焦点に前記主レーザ光が集光されたときにおける前記副レーザ光の傾斜角度である最適傾斜角度を前記回転角度ごとに定めた最適傾斜角度データを求める工程と、
前記回転角度検出手段より前記副レーザ光の回転角度を取得し、当該回転角度に対応する副レーザ光の最適傾斜角度を前記最適傾斜角度データから抽出し、当該最適傾斜角度で前記副レーザ光が前記傾斜角度検出手段に受光されるように前記角度調整用ミラーを回動させる工程とを具備する
ことを特徴とする集光方法。
The pulsed main laser light from the laser light source and the sub laser light sharing the optical axis with the main laser light are incident through the light guiding means, and the main laser light and the sub laser light are set at arbitrary angles. An angle adjusting mirror configured to be rotatable so that it can be reflected;
An off-axis paraboloidal mirror that receives the main laser light from the angle adjusting mirror and focuses the main laser light on a focal point thereof;
Inclination angle detection means for detecting the inclination angle formed by the optical axis of the sub laser light and the light receiving surface while receiving the sub laser light from the angle adjusting mirror on the light receiving surface;
And a rotation angle detection unit that detects a rotation angle of the sub laser light received from the angle adjusting mirror around the optical axis with respect to the sub laser light before entering the light guide unit. A condensing method using
Obtaining optimum tilt angle data in which an optimum tilt angle, which is a tilt angle of the sub laser beam when the main laser beam is focused on the focal point of the off-axis parabolic mirror, is determined for each rotation angle;
The rotation angle of the sub laser beam is acquired from the rotation angle detecting means, the optimum tilt angle of the sub laser beam corresponding to the rotation angle is extracted from the optimum tilt angle data, and the sub laser beam is transmitted at the optimum tilt angle. And a step of rotating the angle adjusting mirror so as to be received by the tilt angle detecting means.
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