JP2741770B2

JP2741770B2 - ビーム・プロファイル・モニターの信号処理回路

Info

Publication number: JP2741770B2
Application number: JP2859889A
Authority: JP
Inventors: 哲也中西; 努村上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH02208593A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、荷電ビームの強度分布を測定するための
ビーム・プロファイル・モニターの信号処理回路に関す
るものである。

特に、あらゆるビームの強度分布の測定に適用するこ
とができる、汎用性の高いビーム・プロファイル・モニ
ターの信号処理回路に関するものである。

［従来の技術］従来例の構成を第３図を参照しながら説明する。

第３図は、例えば『東京大学原子核研究所技術レポー
ト』、“Multiwire and Single Rod Beam Profile Moni
tors in the TARN"、INS−NUMA−19、1980年３月、に示
された従来のビーム・プロファイル・モニターの信号処
理回路を示すブロック図である。

第３図において、従来のビーム・プロファイル・モニ
ターの信号処理回路は、金属ワイヤー（1₁）、（1₂）、
…、（1n）に接続されたコンデンサ（2₁）、（2₂）、
…、（2n）と、コンデンサ（2₁）〜（2n）に接続された
ツェナーダイオード（3₁）、（3₂）、…、（3n）と、発
振器（４）と、この発振器（４）に接続されたマルチプ
レクサー制御回路（５）と、コンデンサ（2₁）〜（2n）
及びマルチプレクサー制御回路（５）に接続されたマル
チプレクサー（６）と、このマルチプレクサー（６）に
接続された高入力インピーダンスのアンプ（７）と、マ
ルチプレクサー制御回路（５）及びマルチプレクサー
（６）に接続された放電回路（８）から構成されてい
る。

なお、金属ワイヤー（1₂）〜（1n）に接続されたコン
デンサ（2₂）〜（2n）と、コンデンサ（2₂）〜（2n）に
接続されたツェナーダイオード（3₂）〜（3n）は、コン
デンサ（2₁）とツェナーダイオード（3₁）で構成された
回路と同一なので図示を省略している。

また、金属ワイヤー（1₁）〜（1n）は、ビームが通過
する真空中にあり、それ以外の装置は大気中にある。

つぎに、上述した従来例の動作を説明する。

荷電ビームは、パルス電流として金属ワイヤー（1₁）
〜（1n）を通過する。そのパルス電流の周期は、発振器
（４）の周期に等しい。

金属ワイヤー（1₁）〜（1n）に荷電ビームが当たる
と、ビームエネルギーが低い場合は、荷電ビームは、金
属ワイヤー（1₁）〜（1n）の中に入りその電荷がコンデ
ンサ（2₁）〜（2n）に蓄積される。

一方、ビームエネルギーが高い場合は、荷電ビーム
は、金属ワイヤー（1₁）〜（1n）を通過し、その時、２
次電子が金属ワイヤー（1₁）〜（1n）から放出され、見
掛け上、正の電荷がコンデンサ（2₁）〜（2n）に蓄積さ
れる。従って、どちらにしても金属ワイヤー（1₁）〜
（1n）に当たる荷電ビームに比例した電荷が、コンデン
サ（2₁）〜（2n）に蓄積される。

この次、大量の電荷が蓄積されるとコンデンサ（2₁）
〜（2n）の電圧が高くなりマルチプレクサー（６）を壊
す恐れがあるため、その保護のためにコンデンサ（2₁）
〜（2n）の上部にはツェナーダイオード（3₁）〜（3n）
が取り付けられ、所定の電圧以上にならないようになっ
ている。

発振器（４）からのパルスの立ち上がりから立ち下が
りの間に、荷電ビームが金属ワイヤー（1₁）〜（1n）を
通過して、電荷がコンデンサ（2₁）〜（2n）に蓄積され
る。発振器（４）からのパルスの立ち下がりにより、マ
ルチプレクサー制御回路（５）が動作し、コンデンサ
（2₁）〜（2n）の充電電圧がマルチプレクサー（６）に
よりシリーズに出力される。

従って、オシロスコープ等でアンプ（７）の出力が観
測すると、横軸（時間軸）が金属ワイヤー（1₁）〜（1
n）の位置、縦軸がビーム強度として測定され、ビーム
・プロファイルが観測される。

また、この信号処理回路は、ビーム強度が微弱な場合
には、複数のパルスビームをコンデンサ（2₁）〜（2n）
に蓄積した後、マルチプレクサー（６）によりシリーズ
に出力することもできる。

出力時に、充電電圧が変化しないようにするために、
マルチプレクサー（６）の出力段は、高入力インピーダ
ンスのアンプ（７）で受ける。そして、全てのコンデン
サ（2₁）〜（2n）の充電電圧が出力された後、放電回路
（８）により全てのコンデンサ（2₁）〜（2n）の蓄積電
荷が放電されて、初期の状態に戻る。

［発明が解決しようとする課題］上述したような従来のビーム・プロファイル・モニタ
ーの信号処理回路では、連続ビームに対しては適用する
ことができず、また、パルスビームの任意の時間におけ
る電荷分布の測定もできないという問題点があった。

さらに、コンデンサを放電させた後、つぎのビームが
到達するまでの時間が長い場合、コンデンサは開放の状
態となっているためにノイズがのり、S/N比が悪いとい
う問題点があった。

この発明は、上述した問題点を解決するためになされ
たもので、パルスビームだけでなく連続ビームの測定も
でき、また、パルスビームの任意の時間における電荷分
布の測定をすることができ、出力信号のS/N比を向上す
ることができるビーム・プロファイル・モニターの信号
処理回路を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係るビーム・プロファイル・モニターの信
号処理回路は、以下に述べるような手段を備えたもので
ある。

（ｉ）．周期信号を発生する周期信号発生手段。

（ii）．上記周期信号によってスイッチングされて荷電
ビームにより生じる電荷を入力する第１のスイッチング
回路。

（iii）．上記電荷を充電する充電手段。

（iv）．上記周期信号に基づいて上記充電手段に充電さ
れた電圧を出力する出力手段。

（ｖ）．上記周期信号に基づいて上記荷電ビームを測定
しない期間は上記充電手段を短絡する第２のスイッチン
グ回路。

［作用］この発明においては、周期信号発生手段によって、周
期信号が発生される。

また、第１のスイッチング回路によって、上記周期信
号に基づいてスイッチングされて、荷電ビームにより生
じる電荷が入力される。

さらに、充電手段によって、上記電荷が充電される。

またさらに、出力手段によって、上記周期信号に基づ
いて、上記充電手段に充電された電圧が出力される。

そして、第２のスイッチング回路によって、上記周期
信号に基づいて、上記荷電ビームを測定しない期間は上
記充電手段が短絡される。

したがって、この発明は、連続ビームを測定すること
ができ、出力信号のS/N比を向上することができる。

［実施例］実施例の構成を第１図を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図であ
り、コンデンサ（2₁）、（2₂）、…、（2n）、ツェナー
ダイオード（3₁）、（3₂）、…、（3n）、発振器
（４）、マルチプレクサー（６）、及びアンプ（７）は
上記従来回路のものと全く同一である。

第１図において、この発明の一実施例は、上述した従
来装置のものと全く同一のものと、金属ワイヤー
（1₁）、（1₂）、…、（1n）に接続されたスイッチング
回路（9₁）、（9₂）、…、（9n）と、コンデンサ（2₁）
〜（2n）に並列に接続されたスイッチング回路（1
0₁）、（10₂）、…、（10n）と、発振器（４）に接続さ
れたパルス成形器（11）と、このパルス成形器（11）に
接続されたマルチプレクサー制御回路（5A）とから構成
されている。

なお、マルチプレクサー（６）はコンデンサ（2₁）〜
（2n）及びマルチプレクサー制御回路（5A）に接続さ
れ、スイッチング回路（10₁）〜（10n）はそれぞれマル
チプレクサー制御回路（5A）に接続されている。

さらに、金属ワイヤー（1₁）〜（1n）に接続されてい
たスイッチング回路（9₂）〜（9n）と、スイッチング回
路（9₂）〜（9n）に接続されたコンデンサ（2₂）〜（2
n）と、コンデンサ（2₂）〜（2n）に接続されたツェナ
ーダイオード（3₂）〜（3n）と、コンデンサ（2₂）〜
（2n）に並列に接続されたスイッチング回路（10₂）〜
（10n）は、スイッチング回路（9₁）、コンデンサ
（2₁）、ツェナーダイオード（3₁）及びスイッチング回
路（10₁）で構成された回路と同一なので図示を省略し
ている。

ところで、この発明の周期信号発生手段は、上述した
この発生の一実施例では発振器（４）とパルス成形器
（11）とから構成され、第１のスイッチング回路はスイ
ッチング回路（9₁）〜（9n）から構成され、充電手段は
コンデンサ（2₁）〜（2n）とツェナーダイオード（3₁）
〜（3n）とから構成され、出力手段はマルチプレクサー
制御回路（5A）とマルチプレクサー（６）とアンプ
（７）とから構成され、第２のスイッチング回路はスイ
ッチング回路（10₁）〜（10n）から構成されている。

つぎに、上述した実施例の動作を第２図を参照しなが
ら説明する。

第２図は、この発明の一実施例の動作を示すタイミン
グチャート図である。

一方、ビームエネルギーが互い場合は、荷電ビーム
は、金属ワイヤー（1₁）〜（1n）を通過し、その時、２
次電子が金属ワイヤー（1₁）〜（1n）から放出され、見
掛け上、正の電荷がコンデンサ（2₁）〜（2n）に蓄積さ
れる。従って、どちらにしても金属ワイヤー（1₁）〜
（1n）に当たる荷電ビームに比例した電荷が、コンデン
サ（2₁）〜（2n）に蓄積される。

この時、大量の電荷が蓄積されるとコンデンサ（2₁）
〜（2n）の電圧が高くなりマルチプレクサー（６）を壊
す恐れがあるため、その保護のためにコンデンサ（2₁）
〜（2n）の上部にはツェナーダイオード（3₁）〜（3n）
が取り付けられ、所定の電圧以上にならないようになっ
ている。

発振器（４）は、連続ビームを測定する場合、コンデ
ンサ（2₁）〜（2n）の充電時間と、充電電圧の出力に必
要な時間と、放電時間の合計時間以上の周期のパルスＡ
を出力し、パルスビームを測定する場合、上述した合計
時間以上の周期でかつパルスビームの周期と同期したパ
ルスＡを出力する。

パルス成形器（11）は、パルスＡをコンデンサ（2₁）
〜（2n）の充電時間に等しいパルス幅の成形パルスＢに
成形する。

そして、成形パルスＢが全てのスイッチング回路
（9₁）〜（9n）に同時に入力されて、スイッチが切り換
えられる。

また、パルス成形器（11）は、パルスビームの任意の
時間の電荷分布を測定する場合は、発振器（４）からの
パルスＡを必要な時間だけ遅延する。

スイッチング回路（9₁）〜（9n）は、コンデンサ
（2₁）〜（2n）の充電時間以外、金属ワイヤー（1₁）〜
（1n）をアースに落とし、金属ワイヤー（1₁）〜（1n）
がチャージアップしないようにする。

さらに、成形パルスＢがマルチプレクサー制御回路
（5A）にも入力され、充電終了と同時にマルチプレクサ
ー制御回路（5A）が動作させられる。

そして、コンデンサ（2₁）〜（2n）の充電電圧Ｃがマ
ルチプレクサー（６）によりシリーズに出力される。

従って、オシロスコープ等でアンプ（７）の出力を観
測すると、横軸（時間軸）が金属ワイヤー（1₁）〜（1
n）の位置、縦軸がビーム強度として測定され、ビーム
・プロファイルが観測される。

一方、スイッチング回路（10₁）〜（10n）は、マルチ
プレクサー制御回路（5A）によって成形パルスＢに基づ
いて生成されたパルスＥにより、充電開始と同時に開
き、コンデンサ（2₁）〜（2n）の充電電圧が出力された
後閉じて、コンデンサ（2₁）〜（2n）を短絡に近い状態
にする。

従って、スイッチング回路（10₁）〜（10n）は、単に
放電回路となるだけでなく、コンデンサ（2₁）〜（2n）
に乗るノイズを最小限に抑えることができ、出力信号
（充電電圧Ｃ）のS/N比を上げることができる。

なお、マルチプレクサー制御回路（5A）は、後段で出
力信号をA/DコンバータによりA/D変換するために、出力
信号に同期したゲートパルスＤも出力する。

この発明の一実施例は、上述したようにスイッチング
回路（9₁）〜（9n）、スイッチング回路（10₁）〜（10
n）等を備えているので、任意の時間のビーム強度分布
を測定することができ、それゆえに連続ビームだけでな
くパルスビームの任意の時間における強度分布も測定を
することができる。また、測定に必要な時間以外はコン
デンサ（2₁）〜（2n）を常に短絡に近い状態にすること
ができるので、コンデンサ（2₁）〜（2n）に乗るノイズ
を最小限に抑制することができ、出力信号のS/N比を高
くすることができるという効果を奏する。

なお、上記実施例ではマルチプレクサーの保護のため
にツェナーダイオードを取り付けたが、充電電圧が十分
に低い場合は無くてもよい。

また、上記実施例ではコンデンサに並列に接続された
スイッチング回路に、直列に抵抗が挿入されているが、
無くても同様の動作を期待できる。

また、上記実施例ではビームの検出を金属ワイヤーで
行ったが、金属カップでもよく、ビームが当たることに
よって生じる電荷をコンデンサに導くことのできるもの
であれば何でもよい。

ところで上記説明では、金属ワイヤーとコンデンサと
をつなぐタイミングが、コンデンサの入力段のスイッチ
ング回路に対して同時としたが、金属ワイヤーの数、す
なわちコンデンサの数が多くて信号読み出しに時間が掛
かる場合、最後の方でコンデンサの電圧がリーク電流に
より下がるので、正確なビーム強度分布の測定ができな
くなる恐れがある。従って、コンデンサの入力段のスイ
ッチング回路に与えるパルスＢのタイミングは、金属ワ
イヤーに対応している回路毎にずらしても同様の効果が
得られる。

［発明の効果］この発明は、以上説明したとおり、周期信号を発生す
る周期信号発生手段と、上記周期信号によってスイッチ
ングされて荷電ビームにより生じる電荷を入力する第１
のスイッチング回路と、上記電荷を充電する充電手段
と、上記周期信号に基づいて上記充電手段に充電された
電圧を出力する出力手段と、上記周期信号に基づいて上
記荷電ビームを測定しない期間は上記充電手段を短絡す
る第２のスイッチング回路とを備えたので、パルスビー
ムだけでなく連続ビームの測定もでき、また、パルスビ
ームの任意の時間における電荷分布の測定をすることが
でき、出力信号のS/N比を向上することができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの発明の一実施例の動作を示すタイミングチャート
図、第３図は従来のビーム・プロファイル・モニターの
信号処理回路を示すブロック図である。図において、（1₁）〜（1n）……金属ワイヤー、（2₁）……コンデンサ、（3₁）……ツェナーダイオード、（４）……発振器、（5A）……マルチプレクサー制御回路、（６）……マルチプレクサー、（７）……アンプ、（9₁）……スイッチング回路、（10₁）……スイッチング回路、（11）……パルス成形器である。なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】周期信号を発生する周期信号発生手段、上
記周期信号によってスイッチングされて荷電ビームによ
り生じる電荷を入力する第１のスイッチング回路、上記
電荷を充電する充電手段、上記周期信号に基づいて上記
充電手段に充電された電圧を出力する出力手段、及び上
記周期信号に基づいて上記荷電ビームを測定しない期間
は上記充電手段を短絡する第２のスイッチング回路を備
えたことを特徴とするビーム・プロファイル・モニター
の信号処理回路。