JP4480264B2 - 挿入光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏光又は楕円偏光の放射光を発生することのできる挿入光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空中において光速近くまで加速された電子ビームが磁界中で曲げられると、電子ビームの移動軌跡の接線方向に放射光を発光し、これをシンクロトロン放射光と呼んでいる。このようなシンクロトロン放射光を発生させる光源を、電子貯蔵リング（電子ビーム蓄積リング）の直線部に設置し、高指向性、高強度、高偏光性などの特性を生かした種々の技術の実用化のための研究が行われている。今日の電子貯蔵リングには、より高いビーム電流、より小さなビーム断面積による高輝度光源である挿入光源（アンジュレータ）が複数設けられている。
【０００３】
ここで、水平垂直磁場が螺旋周期的に変化する磁気回路の中を相対論的電子ビームを通過させると、電子は螺旋状の軌道に沿って運動し、高輝度準単色の円偏光の放射光が得られることが知られている。かかる円偏光放射光を生成する磁気回路を作る方法としては、バイファイラ巻きコイルを使用する電磁石による方法もあるが、永久磁石を用いる方法の方が一般的であり、その代表的な例を図１４、図１５に示す。
【０００４】
図１４において、電子ビームの通過するギャップ空間δを挟むように下側に位置する第１磁気回路装置Ｊ１と、上側に位置する第２磁気回路装置Ｊ２とが設けられている。第１磁気回路装置Ｊ１は、その中央列に位置する第１磁石列ｍ１と、第１磁石列ｍ１の幅方向両側に配置される第３磁石列ｍ３および第４磁石列ｍ４とを備えている。第２磁気回路装置Ｊ２は、その中央列に位置する第２磁石列ｍ２と、第２磁石列ｍ２の幅方向両側に配置される第５磁石列ｍ５および第６磁石列ｍ６とを備えている。
【０００５】
第１磁石列ｍ１と第２磁石列ｍ２とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、垂直磁場を発生するために設けられる。
第３磁石列ｍ３と第５磁石列ｍ５とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、水平磁場を発生するために設けられる。
第４磁石列ｍ４と第６磁石列ｍ６とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、水平磁場を発生するために設けられる。
【０００６】
各磁石列ｍ１〜ｍ６は、同じ周期長Ｌを有しており、多数個の磁石が列方向（電子ビームの進行する方向）に沿って規則正しく配列されている。また、各磁石において矢印で示されるのは磁化されている方向を示すものである。
【０００７】
ここで、中央の第１磁石列ｍ１と第２磁石列ｍ２とは位置が固定されており、第１磁石列ｍ１に対して、その両側にある第３磁石列ｍ３と第４磁石列ｍ４とがお互いに反対方向に列方向（電子ビームの進行する方向）に駆動されると共に、これに連動して、第２磁石列ｍ２に対して、その両側にある第５磁石列ｍ５と第６磁石列ｍ６とがお互いに反対方向に列方向に駆動されることにより、螺旋磁場を形成し円偏光（又は楕円偏光）の放射光を作り出している。図で説明すると、図１４（ａ）と（ｂ）の状態を交互に周期的に繰り返すように磁石列を駆動するようにしている。以上のような円偏光を用いて、物質の磁性研究等のさまざまな物性研究が行なわれている。
【０００８】
図１４の構成は第１・第２磁気回路装置Ｊ１，Ｊ２がそれぞれ３列の磁石列で構成されるものであるが、図１５のように、第１・第２磁気回路装置Ｊ１，Ｊ２がそれぞれ２列の磁石列で構成されるものもある。
図１５において、電子ビームの通過するギャップ空間δを挟むように下側に位置する第１磁気回路装置Ｊ１と、上側に位置する第２磁気回路装置Ｊ２とが設けられている。第１磁気回路装置Ｊ１は、図中左側に位置する第１磁石列ｍ１１と、第１磁石列ｍ１１の幅方向片側に配置される第３磁石列ｍ１３を備えている。第２磁気回路装置Ｊ２は、図中左側に位置する第２磁石列ｍ１２と、第２磁石列ｍ１２の幅方向片側に配置される第４磁石列ｍ１４を備えている。
【０００９】
第１磁石列ｍ１１と第２磁石列ｍ１２とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にある。
第３磁石列ｍ１３と第４磁石列ｍ１４とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にある。
これら４列の磁石列により、 鉛直方向の磁場とそれと１／４周期ずれて配置される水平方向の磁場が得られる。これら鉛直、 水平磁場の合成として螺旋型磁場が得られる。
【００１０】
各磁石列ｍ１１〜ｍ１４は、同じ周期長Ｌを有しており、多数個の磁石が列方向（電子ビームの進行する方向）に沿って規則正しく配列されている。また、各磁石において矢印で示されるのは磁化されている方向を示すものである。
【００１１】
ここで、対角配置されている第１磁石列ｍ１１と第４磁石列ｍ１４とは位置が固定されており、第２磁石列ｍ１２と第３磁石列ｍ１３とが同期して同じ方向に列方向（電子ビームの進行する方向）に駆動されることにより、螺旋磁場を形成し、 円偏光（又は楕円偏光）の放射光を作り出している。図で説明すると、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）の状態を交互に周期的に繰り返すように磁石列を駆動するようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４の従来技術において、中央の磁石列に対して、その両側にある一対の磁石列を相対駆動させると、中央の磁石列により吸引反発力が発生するために、一対の磁石列を高速で駆動することができない。特に、円偏光放射光による物性研究をより高精度で行うためには、左右円偏光の切り換えを高速で行なう必要があり、そのためには両側にある一対の磁石列も高速で駆動させる必要がある。また、図１５の従来技術に関しても磁石列を相対駆動させると、同様に吸引反発力が発生するために高速駆動ができない。
【００１３】
理論上は磁石列を駆動するためのモーターのパワーを大きくすることにより、高速駆動を実現できそうであるが、上記説明した吸引反発力は非常に大きなものであり、モーターのパワーアップにより高速駆動を実現することは事実上不可能に近い。
【００１４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動モーターのパワーをそれほど大きくすることなく、左右円偏光等の切り換えを高速で行なうことのできる挿入光源を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明に係る挿入光源は、図１を参照にして説明すると、
電子ビームの通過するギャップ空間を挟むようにして配置される第１磁気回路装置（Ｊ１）、及び、第２磁気回路装置（Ｊ２）と、
前記第１磁気回路装置（Ｊ１）に備えられた垂直磁場発生用の第１磁石列（ｍ１）と、
前記第２磁気回路装置（Ｊ２）に備えられ、前記ギャップ空間を挟んで前記第１磁石列（ｍ１）と対向配置される前記垂直磁場発生用の第２磁石列（ｍ２）と、
前記第１磁気回路装置（Ｊ１）に備えられ、前記第１磁石列（ｍ１）の幅方向両側に配置される水平磁場発生用の第３磁石列（ｍ３）、及び、第４磁石列（ｍ４）と、
前記第２磁気回路装置（Ｊ２）に備えられ、前記ギャップ空間を挟んで前記第２磁石列（ｍ２）の幅方向両側に、前記ギャップ空間を挟んで前記第３磁石列（ｍ３）及び第４磁石列（ｍ４）と対向配置される前記水平磁場発生用の第５磁石列（ｍ５）、及び、第６磁石列（ｍ６）と、
前記第１磁石列（ｍ１）に対して、前記第３磁石列（ｍ３）及び第４磁石列（ｍ４）を列方向に沿って相対駆動させる第１駆動機構と、
前記第２磁石列（ｍ２）に対して、前記第５磁石列（ｍ５）及び第６磁石列（ｍ６）を前記列方向に沿って相対駆動させる第２駆動機構と、
前記第１駆動機構及び第２駆動機構による各磁石列の前記相対駆動の際に、前記第１磁石列（ｍ１）と前記第３磁石列（ｍ３）及び前記第４磁石列（ｍ４）間、 及び第２磁石列（ｍ２）と前記第５磁石列（ｍ５）及び前記第６磁石列間（ｍ６）に生じる吸引反発力を軽減又はキャンセルするキャンセル用磁気回路装置（ｍ７，８，９，１０）とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
なお、参照のために図番を括弧付きで付している。
この構成によると、図１４に示す従来技術の構成に付加してキャンセル用磁気回路装置を設けている。これにより、各磁石列を駆動する際に、第１、第２磁石列による吸引反発力を軽減又はキャンセルすることができる。したがって、駆動源としてそれほどパワーの大きなモーターを用いなくても各磁石列を高速駆動することが可能になる。その結果、駆動モーターのパワーをそれほど大きくすることなく、左右円偏光の切り換えを高速で行なうことのできる挿入光源を提供することができた。
【００１７】
なお、第１駆動機構と第２駆動機構に関しては、それぞれ別個に駆動源を設けていても良いし、第１駆動機構と第２駆動機構とに共通の駆動源を用いてもよく、いずれも本発明の枠内に入るものである。
【００１８】
本発明に係る前記キャンセル用磁気回路装置は、前記第３磁石列（ｍ３）及び前記第４磁石列（ｍ４）の更に幅方向外側に配置されるキャンセル用の第７磁石列（ｍ７）及び第８磁石列（ｍ８）と、前記第５磁石列（ｍ５）及び第６磁石列（ｍ６）の更に幅方向外側に配置されるキャンセル用の第９磁石列（ｍ９）及び第１０磁石列（ｍ１０）とを備えている。
【００１９】
この構成によると、第３磁石列の外側に第７磁石列が、第４磁石列の外側に第８磁石列がそれぞれ配置され、第５磁石列の外側に第９磁石列が、第６磁石列の外側に第１０磁石列がそれぞれ配置される。したがって、磁気回路の構成を大型化しなくてすむため挿入光源自体の大型化も抑制することができる。
【００２０】
本発明はさらに、前記キャンセル用の前記第７磁石列及び第８磁石列を構成する磁石の配列周期と、前記第１磁石列を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第７磁石列及び第８磁石列を構成する磁石と、前記第１磁石列を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにし、
前記キャンセル用の前記第９磁石列及び第１０磁石列を構成する磁石の配列周期と、前記第２磁石列を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第９磁石列及び第１０磁石列を構成する磁石と、前記第２磁石列を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにしている。
【００２１】
この構成によると、磁石の配列周期（周期長）が同一であるから、効果的に吸引反発力を軽減又はキャンセルすることができる。
【００２２】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第１駆動機構は、共通のクランク軸を備えた一対のクランク機構を備えており、これによって、前記第３磁石列と前記第４磁石列とを互いに逆方向に往復駆動可能にしたものがあげられる。
【００２３】
この構成によると、第３、第４磁石列を一対のクランク機構を介して共通のクランク軸により連動させて駆動させることができる。第３磁石列と第４磁石列とを別個独立した機構により駆動させると、いわゆる同期ずれが発生してしまうが、上記構成によれば第３、第４磁石列を精度よく同期させて駆動させることができる。
【００２４】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記クランク軸にフライホイール効果を有する重量部を設けたものがあげられる。
この構成によると、フライホイール効果により第３、第４磁石列の動きをスムーズにすることができる。
【００２５】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第３磁石列を支持するベース部材と、前記第４磁石列を支持するベース部材とをそれぞれ別個に設け、各ベース部材の水平面及び垂直面をガイドするリニアガイド機構を備えたものがあげられる。
【００２６】
ギャップ空間を挟んで向かい合う磁石列間には、吸引反発力が作用するために各磁石列を保持している保持部材のたわみ変形が発生する可能性があるが、上記のごとく水平面及び垂直面をガイドするリニアガイド機構を設けることにより、たわみ変形をなくすことができる。
【００２７】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第２駆動機構は、共通のクランク軸を備えた一対のクランク機構を備えており、これによって、前記第５磁石列と前記第６磁石列とを互いに逆方向に往復駆動可能に構成し、
前記第１駆動機構と前記第２駆動機構とを同期駆動させる同期機構を備えたものがあげられる。
【００２８】
所望の円偏光（又は楕円偏光）の放射光を発生させるためには、第１磁気回路装置における磁石列の動きと、第２磁気回路装置における磁石列の動きとを同期させて駆動させる必要がある。そこで、上記のごとく、第１駆動機構と第２駆動機構とを同期駆動させることにより、所望の円偏光放射光を得ることができる。
【００２９】
本発明の目的を達成するため本発明に係る別の挿入光源は、図１０を参照にして説明すると、電子ビームの通過するギャップ空間を挟むようにして配置される第１磁気回路装置（Ｊ１）、及び、第２磁気回路装置（Ｊ２）と、前記第１磁気回路装置（Ｊ１）に備えられた磁場発生用の第１磁石列（ｍ２１）と、前記第２磁気回路装置（Ｊ２）に備えられ、前記ギャップ空間を挟んで前記第１磁石列（ｍ２１）と対向配置される磁場発生用の第２磁石列（ｍ２２）と、前記第１磁気回路装置（Ｊ１）に備えられ、前記第１磁石列（ｍ２１）の幅方向一方側に配置される磁場発生用の第３磁石列（ｍ２３）と、前記第２磁気回路装置（Ｊ２）に備えられ、前記第２磁石列（ｍ２２）の幅方向一方側に、前記ギャップ空間を挟んで前記第３磁石列（ｍ２３）と対向配置される磁場発生用の第４磁石列（ｍ２４）と、前記第１磁石列（ｍ２１）に対して、前記第３磁石列（ｍ２３）を列方向に沿って相対駆動させる第１駆動機構と、前記第４磁石列（ｍ２４）に対して、前記第２磁石列（ｍ２２）を前記列方向に沿って相対駆動させる第２駆動機構と、前記第１駆動機構及び第２駆動機構による各磁石列の前記相対駆動の際に発生する吸引反発力を軽減又はキャンセルするキャンセル用磁気回路装置とを備え、前記キャンセル用磁気回路装置は、前記第３磁石列（ｍ２３）の前記第１磁石列（ｍ２１）が配置されている側とは反対側の幅方向外側に配置されるキャンセル用の第５磁石列（ｍ２５）と、前記第２磁石列（ｍ２２）の前記第４磁石列（ｍ２４）が配置されている側とは反対側の幅方向外側に配置されるキャンセル用の第６磁石列（ｍ２６）を備え、
前記第５磁石列（ｍ２５）を構成する磁石の配列周期と、前記第１磁石列（ｍ２１）を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第５磁石列（ｍ２５）を構成する磁石と、前記第１磁石列（ｍ２１）を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにし、
前記６磁石列（ｍ２６）を構成する磁石の配列周期と、前記第２磁石列（ｍ２２）を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第６磁石列（ｍ２６）を構成する磁石と、前記第２磁石列（ｍ２２）を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにしたことを特徴とするものである。なお、参照のために図番を括弧付きで付している。
【００３０】
この構成によると、図１５に示す従来技術の構成に付加してキャンセル用磁気回路装置を設けている。これにより、第２・第３磁石列を駆動する際に、第１・第４磁石列との間に発生する吸引反発力を軽減又はキャンセルすることができる。したがって、駆動源としてそれほどパワーの大きなモーターを用いなくても各磁石列を高速駆動することが可能になる。その結果、駆動モーターのパワーをそれほど大きくすることなく、偏光の切り換えを高速で行なうことのできる挿入光源を提供することができた。なお、第１駆動機構と第２駆動機構に関しては、それぞれ別個に駆動源を設けていても良いし、第１駆動機構と第２駆動機構とに共通の駆動源を用いてもよく、いずれも本発明の枠内に入るものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な第１実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる挿入光源を構成する磁気回路の模式図である。説明の便宜上ＸＹＺ座標軸を示している。
【００３２】
＜第１実施形態の磁気回路の構成＞
図１において、電子ビームの通過するギャップ空間δを挟むように下側に位置する第１磁気回路装置Ｊ１と、上側に位置する第２磁気回路装置Ｊ２とが設けられている。第１磁気回路装置Ｊ１は、その中央列に位置する第１磁石列ｍ１と、第１磁石列ｍ１の幅方向両側に配置される第３磁石列ｍ３および第４磁石列ｍ４と、第３磁石列ｍ３の更に外側に位置する第７磁石列ｍ７と、第４磁石列ｍ４の更に外側に位置する第８磁石列ｍ８とを備えている。
【００３３】
第２磁気回路装置Ｊ２は、その中央列に位置する第２磁石列ｍ２と、第２磁石列ｍ２の幅方向両側に配置される第５磁石列ｍ５および第６磁石列ｍ６と、第５磁石列ｍ５の更に外側に位置する第９磁石列ｍ９と、第６磁石列ｍ６の更に外側に位置する第１０磁石列ｍ１０とを備えている。
【００３４】
第１磁石列ｍ１と第２磁石列ｍ２とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、垂直磁場を発生するために設けられる。
第３磁石列ｍ３と第５磁石列ｍ５とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、水平磁場を発生するために設けられる。
第４磁石列ｍ４と第６磁石列ｍ６とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、水平磁場を発生するために設けられる。
【００３５】
第７磁石列ｍ７と第９磁石列ｍ９とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、後に説明するキャンセル用磁石列として機能する。
第８磁石列ｍ８と第１０磁石列ｍ１０とは、ギャップ空間δを挟んで対向する位置関係にあり、これらもキャンセル用磁石列として機能する。
【００３６】
各磁石列ｍ１〜ｍ１０は、同じ磁石配列ピッチで同じ周期長Ｌを有しており、多数個の磁石が列方向（電子ビームの進行する方向：Ｚ軸方向）に沿って規則正しく配列されている。また、各磁石において矢印で示されるのは磁化されている方向を示すものである。
【００３７】
各磁気回路装置Ｊ１，Ｊ２の中央に位置する第１、第２磁石列ｍ１，ｍ２は固定されて保持されている。また、キャンセル用磁石列である、第７〜１０磁石列ｍ７〜１０についても固定されて保持されている。
【００３８】
第３磁石列ｍ３と第４磁石列ｍ４は、中央の第１磁石列ｍ１に対して互いに逆方向（図１においては矢印Ａ（Ｚ方向），Ｂ（−Ｚ方向）で示す。）に連動して往復移動できるように構成されている。往復移動することにより、図１に示す状態と図２に示す状態とに周期的に切り換わるように駆動される。
【００３９】
第５磁石列ｍ５と第６磁石列ｍ６は、中央の第２磁石列ｍ２に対して互いに逆方向（図１においては矢印Ｃ（−Ｚ方向），Ｄ（Ｚ方向）で示す。）に連動して往復移動できるように構成されている。往復移動することにより、同様に、図１に示す状態と図２に示す状態とに周期的に切り換わるように駆動される。
【００４０】
図１、図２からも分かるように、上下の各磁石列は連動して駆動されるようになっており、第３磁石列ｍ３と第６磁石列ｍ６とが同じ方向に駆動されるように構成され、第４磁石列ｍ４と第５磁石列ｍ５とが同じ方向であって、かつ、第３、第６磁石列ｍ３，ｍ６とは逆方向に駆動されるように構成されている。
以上のように駆動することにより、所望の円偏光（楕円偏光）放射光を得ることができる。
【００４１】
＜キャンセル用磁石列＞
ところで、固定された第１磁石列ｍ１に対して相対的に第３、第４磁石列ｍ３，ｍ４を列方向に駆動させようとすると、第１磁石列ｍ１から受ける吸引反発力により、第３、第４磁石列ｍ３，ｍ４を駆動させる際に負荷となり高速駆動ができない。この点は、第２磁石列ｍ２に対して第５、第６磁石列ｍ５，ｍ６を列方向に駆動させようとする場合も同様である。
【００４２】
そこでかかる吸引反発力による負荷を軽減又はキャンセルするためにキャンセル用磁石列ｍ７〜ｍ１０を設けているのが特徴である。キャンセル用磁石列ｍ７〜ｍ１０は、先ほども説明したように、駆動される各磁石列ｍ３〜ｍ６のさらに外側に配置された磁石列ｍ７，ｍ８，ｍ９，ｍ１０である。つまり、磁石列としては、第１、第２磁気回路装置とも５列の磁石列となっている。なお、キャンセル用の磁石列ｍ７〜１０は固定されており動かない。
【００４３】
ここで各磁石列ｍ１〜１０の周期長Ｌは同じであり、４つの磁石を１つの単位として構成されている。
第１磁石列ｍ１は、図１の一番先頭から、
（Ｙ）→（−Ｚ）→（−Ｙ）→（Ｚ）の順に周期的に磁石が配置されている。ここで（Ｙ）はＹ方向に磁化された磁石を意味する記号であり、その他も同様である。
【００４４】
第２磁石列ｍ２は図１の一番先頭から、
（Ｙ）→（Ｚ）→（−Ｙ）→（−Ｚ）の順に周期的に磁石が配置されている。 これにより、垂直磁場を作り出している。
【００４５】
第３、第４磁石列ｍ３，ｍ４は図１の一番先頭から、
（Ｙ）→（−Ｚ）→（−Ｙ）→（Ｚ）の順に周期的に磁石が配置されている。つまり、第１磁石列ｍ１と同じである。
【００４６】
第５，第６磁石列ｍ５，ｍ６は、第２磁石列ｍ２と同じ磁石配列である。
【００４７】
つまり、これらの第３〜第６磁石列ｍ３〜ｍ６を駆動しない場合（この場合，各磁石列ｍ１〜ｍ１０の先頭位置が揃った状態である。）には、直線偏光放射光を作り出すことができ、駆動した場合に螺旋形に変動する磁場を作り出すことができるのである。
【００４８】
次に、第１磁気回路装置Ｊ１におけるキャンセル用の第７，第８磁石列ｍ７，ｍ８は、図１の一番先頭から、
（−Ｙ）→（Ｚ）→（Ｙ）→（−Ｚ）の順に周期的に磁石が配置されている。つまり、第１磁石列ｍ１を構成する磁石とは、Ｘ方向にて対応する磁石の磁化方向が逆になるようにしている。したがって、第３，第４磁石列ｍ３，ｍ４を駆動する時の第１磁石列ｍ１による列方向（ｚ方向）の吸引反発力を軽減又はキャンセルするように作用させることができる。また、第１磁石列ｍ１と第７，第８磁石列ｍ７，ｍ８の磁石配列の周期長Ｌを同じにすることで、効果的にキャンセルすることができる。
【００４９】
第２磁気回路装置Ｊ２におけるキャンセル用の第９，第１０磁石列ｍ９，ｍ１０に関しても第２磁石列ｍ２を構成する磁石とは反対の磁化方向にしており、これにより第５，第６磁石列ｍ５，ｍ６を駆動する時の第２磁石列ｍ２による列方向（ｚ方向）の吸引反発力を軽減又はキャンセルさせることができる。
【００５０】
＜駆動装置の構成＞
次に、図１，図２に示される第１，第２磁気回路装置Ｊ１，Ｊ２を駆動するための駆動機構を含めた挿入光源の構成を図３，図４，図５により示す。図３は平面図、図４は図５のＰ矢視図（正面図）、図５は側面図である。なお、第１磁気回路装置Ｊ１の第１駆動機構と第２磁気回路装置Ｊ２の第２駆動機構とは同じ構成であるから、ここでは第１磁気回路装置Ｊ１の駆動機構に関する説明にとどめておき、第２磁気回路装置Ｊ２に関する説明は省略する。
【００５１】
まず、保持機構から説明する。中央に大きな下側ベース１が配置され，その上に第１中間ベース２と第２中間ベース３がボルトにより結合される。中央の第１磁石列ｍ１を構成する各磁石は結合用軸部材４により第２中間ベース３に対して固定される。下側ベース１の左右には、左側面ベース５と右側面ベース６とがそれぞれボルト等により結合される。
【００５２】
左側面ベース５の上部には、中間支持部材７がボルトにより固定され、さらにこの中間支持部材７に対してキャンセル磁石支持部材８がボルトにより固定される。キャンセル用の第８磁石列ｍ８を構成する各磁石は、第１押さえ部材９と第２押さえ部材１０によりキャンセル磁石支持部材８に対して固定される。また、右側面ベース６の側にも図４の左右対称的に、中間支持部材７、キャンセル磁石支持部材８、第１，第２押え部材９，１０が設けられており、キャンセル用の第７磁石列ｍ７を構成する各磁石が固定されている。
【００５３】
次に、移動用の第４磁石列ｍ４の保持機構を説明する。移動用ベース１１（ベース部材に相当する。）の上に第１支持部材１２と第２支持部材１３が順番にボルト等で固定されており、さらに第２支持部材１３に対して磁石支持部材１４がボルトで固定されている。移動用の第４磁石列ｍ４を構成する各磁石は、第３押さえ部材１５と第４押さえ部材１６により固定されている。また、移動用の第３磁石列ｍ３も全く同じ方法により保持されている。また、移動用ベース１１は下側の水平面にリニアガイド機構１７を備えており，左右の垂直面にもリニアガイド機構１８，１９を備えている。これにより、駆動される第３，第４磁石列ｍ３，ｍ４が他の磁石列から受ける吸引反発力による上下左右方向のたわみ変形をなくすことができる。リニアガイド機構としては、公知の循環するボール機構を用いた構成（例えば，商品名ＬＭガイド）を採用することができる。
【００５４】
図３の平面図から分かるように、各磁石列ｍ１，ｍ３，ｍ４，ｍ７，ｍ８の列の両端部にある磁石の幅寸法は，それ以外の磁石の幅寸法の半分となっている。
【００５５】
第３，第４磁石列ｍ３，ｍ４を駆動するために、パルスモータ（不図示）と連結されるクランク軸２０とクランク機構Ｋを介して駆動するようにしている。クランク軸２０は，その両端部を軸受２１，２２により支持されており、さらにクランク機構Ｋを構成する第１クランク部材２３と第２クランク部材２４が一体形成されている。第１，第２クランク部材２３，２４は、それぞれ同一形状をしているが、クランク軸２０の中心とは、偏心量ｅだけ偏心した状態でクランク軸２０と結合しており、しかも第１クランク部材２３と第２クランク部材２４の偏心方向は互いに１８０度逆となっている。第１，第２クランク部材２３，２４は、それぞれ第１支持部材１２に形成された連結部１２ａに対して連結軸２６により連結されている。また、クランク軸２０の軸方向の中央部にはフライホイール効果を有する重量部２５が設けられている。これにより、安定した第３，第４磁石列ｍ３，ｍ４の駆動を実現している。以上説明したクランク機構Ｋ等は支持ベース２７の上に組み立てられている。
【００５６】
不図示のパルスモータ（なお、モーターとしてはパルスモータでなくても良い。）によりクランク軸２０を回転させることにより、第３，第４磁石列ｍ３，ｍ４を所定の周期で往復移動させることができる。第１，第２クランク部材２３，２４の偏心方向が逆方向であることから、第３磁石列ｍ３と第４磁石列ｍ４とは互いに逆方向に駆動される。本実施形態においては、偏心量ｅは、磁石１個分の幅寸法となっているが、特にこれに限定されるものではない。キャンセル用磁石列ｍ７，ｍ８を設けたことにより、２Ｈｚ以上（好ましくは３〜１０Ｈｚ）の高速駆動を実現できるようになった。
【００５７】
磁石列のうち中央にある第１磁石列ｍ１は垂直磁場を発生させるためであり、その左右にある第３、第４磁石列ｍ３，ｍ４を互いに逆方向に駆動することにより水平磁場を発生させ、しかも、往復駆動をすることにより磁場の方向変化をさせ、ギャップ空間を通過する電子ビームの螺旋状軌道を右巻き、左巻きと変化させて、これにより得られる放射光も右円偏光、左円偏光と変化させることができるのである。
【００５８】
＜駆動ブロック図＞
図６は、駆動機構のブロック図を示す図である。第１磁気回路装置Ｊ１の第３，第４磁石列ｍ３，ｍ４と第２磁気回路装置Ｊ２の第５，第６磁石列ｍ５，ｍ６とは同期させて駆動させる必要がある。そのため、第１駆動機構のパルスモータと第２駆動機構のパルスモータとを同期させて駆動するための同期機構Ｄ１が設けられており、制御装置ＣＯにより制御される。なお、電気的な同期機構Ｄ１ではなく、第１，第２駆動機構のクランク機構Ｋどうしを機械的に同期連結した同期機構Ｄ２を採用しても良い。なお、１つのパルスモータで第１、第２駆動機構を駆動するように構成しても良い。
【００５９】
＜キャンセル用磁石列の効果＞
次に、キャンセル用磁石列を用いたキャンセル用磁気回路装置の効果についグラフを用いて説明する。
図７は、キャンセル用磁気回路装置を用いた場合の効果（理論計算値）を示すグラフである。条件として、周期長を６０ｍｍ、 電子ビームの通過するギャップ間隔は２０ｍｍとしている。横軸のΔは列方向の移動量（ｍｍ）である。縦軸はｚ軸（図１参照）方向の移動する磁石列１ｍあたりの吸引反発力Ｆｚ（Ｎ／ｍ）である。グラフ中、黒い◇は、キャンセル用磁気回路装置を備えていない場合であり、○はキャンセル用磁気回路装置を備えている場合であり、その効果はグラフからも明らかである。
【００６０】
＜第２実施形態の磁気回路の構成＞
次に、第２実施形態の磁気回路の構成を図８に示す。図１の第１実施形態との違いはキャンセル用の磁石列ｍ７，ｍ８，ｍ９，ｍ１０の磁化方向であり、その他の構成は同じである。この構成による効果は図９に示すように、ｘ軸方向の吸引反発力が低下することがわかる。
【００６１】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の磁気回路の構成について説明する。
【００６２】
図１０において、第１磁気回路装置Ｊ１は、第１磁石列ｍ２１と、第１磁石列ｍ２１の幅方向片側（図の右側）に隣接配置される第３磁石列ｍ２３と、第３磁石列ｍ２３の幅方向外側に隣接する第５磁石列ｍ２５とを備えている。
【００６３】
第２磁気回路装置Ｊ２は、第２磁石列ｍ２２と、第２磁石列ｍ２２の幅方向片側（図の右側）に隣接配置される第４磁石列ｍ２４と、第２磁石列ｍ１２の幅方向外側に隣接する第６磁石列ｍ２６とを備えている。
【００６４】
各磁石列ｍ２１〜ｍ２４は、図１５の各磁石列ｍ１１〜ｍ１４と同じく鉛直・水平磁場の合成として、ｚ方向に螺旋状に変化する磁場を発生するために設けられる。
第５磁石列ｍ２５と第６磁石列ｍ２６とは、キャンセル用磁石列として機能する。キャンセル用磁石列が片側のみに配置されている（対角線的に配置）点が特徴である。
各磁石列ｍ２１〜ｍ２６を構成する磁石の磁化方向と配列周期については、図１０に示すとおりである。
第１・第４磁石列ｍ２１，ｍ２４と、キャンセル用磁石列である第５・第６磁石列ｍ２５，ｍ２６については固定されて保持されている。
【００６５】
お互いに対角線方向に配置された第２磁石列ｍ２２と第３磁石列ｍ２３は、固定された各磁石列ｍ２１，ｍ２４，ｍ２５，ｍ２６に対して連動して往復移動できるように構成されている。往復移動することにより、図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）の状態に周期的に切り換わるように駆動される。
【００６６】
以上のように駆動することにより、所望の螺旋磁場を形成し、円偏光（又は楕円偏光）の放射光を得ることができる。
この第３実施形態の構成によれば、キャンセル用磁石列は２列で済み、また、駆動する磁石列も２列で済むので挿入光源全体の構成を小型化することができると共に、駆動機構の構成も簡素化することができる。
【００６７】
図１０に示すキャンセル用磁気回路装置を用いた場合の効果は、図１１に示される。グラフ中、黒い◇は、 キャンセル用磁気回路装置を備えていない場合であり、○はキャンセル用磁気回路装置を備えている場合である。その効果はグラフからも明らかであり、ｚ軸方向の吸引反発力を低下させることができる。
【００６８】
＜第４実施形態の磁気回路の構成＞
次に、第４実施形態の磁気回路の構成を図１２に示す。図１０の第３実施形態との違いはキャンセル用の磁石列ｍ２５，ｍ２６の磁化方向であり、その他の構成は同じである。この構成による効果は図１３に示すように、ｘ軸方向の吸引反発力が低下することがわかる。
【００６９】
第３、 第４実施形態においては、キャンセル用磁石列が２列の磁石列の片側のみに配置されている構成であるが、２列の磁石列の両側に配置した構成を採用してもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明の構成によると、図１４、図１５に示す従来技術の構成に付加してキャンセル用磁気回路装置を設けている。これにより、各磁石列を駆動する際に発生する吸引反発力を軽減又はキャンセルすることができる。したがって、駆動源として強大なパワーの大きなモーターを用いなくても各磁石列を高速駆動することが可能になる。その結果、駆動モーターのパワーをそれほど大きくすることなく、左右円偏光等の切り換えを高速で行なうことのできる挿入光源を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る挿入光源を構成する磁気回路の模式図（１）
【図２】第１実施形態に係る挿入光源を構成する磁気回路の模式図（２）
【図３】駆動機構を含めた挿入光源の構成を示す平面図
【図４】駆動機構を含めた挿入光源の構成を示す正面図（図５のＰ矢視図）
【図５】駆動機構を含めた挿入光源の構成を示す側面図
【図６】駆動ブロック図
【図７】キャンセル用磁気回路装置を用いた場合の効果を示すグラフ
【図８】第２実施形態に係る挿入光源を構成する磁気回路の模式図
【図９】第２実施形態の効果を示すグラフ
【図１０】第３実施形態に係る挿入光源を構成する磁気回路の模式図
【図１１】第３実施形態の効果を示すグラフ
【図１２】第４実施形態に係る挿入光源を構成する磁気回路の模式図
【図１３】第４実施形態の効果を示すグラフ
【図１４】従来技術にかかる磁気回路の模式図（１）
【図１５】従来技術にかかる磁気回路の模式図（２）
【符号の説明】
１１ 移動用ベース
１７，１８，１９ リニアガイド機構
２０ クランク軸
２５ 重量部
Ｋ クランク機構
Ｊ１ 第１磁気回路装置
Ｊ２ 第２磁気回路装置
ｍ１，ｍ２ 第１磁石列、第２磁石列
ｍ３，ｍ４ 第３磁石列、第４磁石列
ｍ５，ｍ６ 第５磁石列、第６磁石列
ｍ７、ｍ８ 第７磁石列、第８磁石列
ｍ９、ｍ１０ 第９磁石列、第１０磁石列
ｍ１１，ｍ１２ 第１磁石列、第２磁石列
ｍ１３，ｍ１４ 第３磁石列、第４磁石列
ｍ１５，ｍ１６ 第５磁石列、第６磁石列
ｍ１７、ｍ１８ 第７磁石列、第８磁石列
ｍ２１，ｍ２２ 第１磁石列、第２磁石列
ｍ２３，ｍ２４ 第３磁石列、第４磁石列
ｍ２５，ｍ２６ 第５磁石列、第６磁石列
Ｌ 周期長
δ ギャップ空間

Claims (6)

1. 電子ビームの通過するギャップ空間を挟むようにして配置される第１磁気回路装置、及び、第２磁気回路装置と、
   前記第１磁気回路装置に備えられた垂直磁場発生用の第１磁石列と、
   前記第２磁気回路装置に備えられ、前記ギャップ空間を挟んで前記第１磁石列と対向配置される前記垂直磁場発生用の第２磁石列と、
   前記第１磁気回路装置に備えられ、前記第１磁石列の幅方向両側に配置される水平磁場発生用の第３磁石列、及び、第４磁石列と、
   前記第２磁気回路装置に備えられ、前記第２磁石列の幅方向両側に、前記ギャップ空間を挟んで前記第３磁石列及び第４磁石列と対向配置される前記水平磁場発生用の第５磁石列、及び、第６磁石列と、
   前記第１磁石列に対して、前記第３磁石列及び第４磁石列を列方向に沿って相対駆動させる第１駆動機構と、
   前記第２磁石列に対して、前記第５磁石列及び第６磁石列を前記列方向に沿って相対駆動させる第２駆動機構と、
   前記第１駆動機構及び第２駆動機構による各磁石列の前記相対駆動の際に、前記第１磁石列と前記第３磁石列及び前記第４磁石列間、及び第２磁石列と前記第５磁石列及び前記第６磁石列間に生じる吸引反発力を軽減又はキャンセルするキャンセル用磁気回路装置とを備え、
   前記キャンセル用磁気回路装置は、前記第３磁石列及び前記第４磁石列の更に幅方向外側に配置されるキャンセル用の第７磁石列及び第８磁石列と、
   前記第５磁石列及び第６磁石列の更に幅方向外側に配置されるキャンセル用の第９磁石列及び第１０磁石列とを備え、
   前記第７磁石列及び第８磁石列を構成する磁石の配列周期と、前記第１磁石列を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第７磁石列及び第８磁石列を構成する磁石と、前記第１磁石列を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにし、
   前記第９磁石列及び第１０磁石列を構成する磁石の配列周期と、前記第２磁石列を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第９磁石列及び第１０磁石列を構成する磁石と、前記第２磁石列を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにしたことを特徴とする挿入光源。
2. 前記第１駆動機構は、共通のクランク軸を備えた一対のクランク機構を備えており、これによって、前記第３磁石列と前記第４磁石列とを互いに逆方向に往復駆動可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の挿入光源。
3. 前記クランク軸にフライホイール効果を有する重量部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の挿入光源。
4. 前記第３磁石列を支持するベース部材と、前記第４磁石列を支持するベース部材とをそれぞれ別個に設け、各ベース部材の水平面及び垂直面をガイドするリニアガイド機構を備えたことを特徴とする請求項３に記載の挿入光源。
5. 前記第２駆動機構は、共通のクランク軸を備えた一対のクランク機構を備えており、これによって、前記第５磁石列と前記第６磁石列とを互いに逆方向に往復駆動可能に構成し、
   前記第１駆動機構と前記第２駆動機構とを同期駆動させる同期機構を備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の挿入光源。
6. 電子ビームの通過するギャップ空間を挟むようにして配置される第１磁気回路装置、及び、第２磁気回路装置と、
   前記第１磁気回路装置に備えられた磁場発生用の第１磁石列と、
   前記第２磁気回路装置に備えられ、前記ギャップ空間を挟んで前記第１磁石列と対向配置される磁場発生用の第２磁石列と、
   前記第１磁気回路装置に備えられ、前記第１磁石列の幅方向一方側に配置される磁場発生用の第３磁石列と、
   前記第２磁気回路装置に備えられ、前記第２磁石列の幅方向一方側に、前記ギャップ空間を挟んで前記第３磁石列と対向配置される磁場発生用の第４磁石列と、
   前記第１磁石列に対して、前記第３磁石列を列方向に沿って相対駆動させる第１駆動機構と、
   前記第４磁石列に対して、前記第２磁石列を前記列方向に沿って相対駆動させる第２駆動機構と、
   前記第１駆動機構及び第２駆動機構による各磁石列の前記相対駆動の際に発生する吸引反発力を軽減又はキャンセルするキャンセル用磁気回路装置とを備え、
   前記キャンセル用磁気回路装置は、前記第３磁石列の前記第１磁石列が配置されている側とは反対側の幅方向外側に配置されるキャンセル用の第５磁石列と、
   前記第２磁石列の前記第４磁石列が配置されている側とは反対側の幅方向外側に配置されるキャンセル用の第６磁石列を備え、
   前記第５磁石列を構成する磁石の配列周期と、前記第１磁石列を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第５磁石列を構成する磁石と、前記第１磁石列を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにし、
   前記６磁石列を構成する磁石の配列周期と、前記第２磁石列を構成する磁石の配列周期とを同一にし、かつ、前記幅方向にて対応する、前記第６磁石列を構成する磁石と、前記第２磁石列を構成する磁石の磁化方向がすべて逆またはすべて同じになるようにしたことを特徴とする挿入光源。

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