JPH01257295A

JPH01257295A - 荷電粒子ビーム計測装置

Info

Publication number: JPH01257295A
Application number: JP8307288A
Authority: JP
Inventors: Hiroshige Yamada; 廣成山田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1989-10-13

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は荷電粒子ビームのエミツタンスを求めるための
計測装置に関する。

（従来の技術）一般に、荷電粒子ビーム加速器等でその出力電流を大き
くするためには、荷電粒子源（イオン源）から放出され
る荷電粒子ビームの強度を大きくするとともにビームの
質を良くする必要がある。即ち、荷電粒子源からの荷電
粒子ビームの質が悪いと、加速器での加速及び集束の際
、ビームが失なわれてしまう。

このため、従来から荷電粒子ビームの粒子の分布状況を
調べることが行われている。即ち、荷電粒子ビームのエ
ミツタンスの計測を行う必要がある。

ここで、第６図を参照して、従来の荷電粒子ビーム計測
装置の一例について説明する。

荷電粒子ビーム通路には第６図（ｂ）に示すように細長
いスリット１ａが形成されたスリット板１が配置され、
このスリット板１の後方〈ビーム進行方向に対して）に
は、荷電粒子ビームを横切って等間隔に複数の金属ワイ
ヤ２ａが張られている（以下この複数の金属ワイヤーを
第１の金属ワイヤ一体２という（第６図（ｃ））、さら
に、この第１の金属ワイヤ一体２に直交して、等間隔に
複数の金属ワイヤー３ａが張られている（以下この複数
の金属ワイヤーを第２の金属ワイヤ一体３という（第６
図（ｄ））。

スリット板１のスリット１ａを通過した荷電粒子ビーム
はそれぞれ第１及び第２の金属ワイヤー体２及び３に当
たる、この荷電粒子ビームの衝突によって、金属ワイヤ
ーから二次電子が放出され、金属ワイヤーに電流が流れ
る。この電流は金属ワイヤーに当たる荷電粒子の数に比
例するから、第６図（ｅ）及び（ｆ）図に示すように、
ビーム断面の粒子分布を直交座標系のＸ軸及びＹ軸に投
影した分布データが得られる。そして、この分布データ
に基づいて荷電粒子ビームのエミツタンスを求めている
。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上述の荷電粒子ビーム計測装置では、荷電粒
子ビームのエミツタンスを求める際には、ビーム断面全
体にわたってスリット板１を移動させつつ、その都度粒
子分布データを得る必要があり、エミツタンスを正確に
求めるためには、スリット板１を精度よく移動しなくて
はならないという問題点がある。

また、粒子分布データの精度は金属ワイヤーの間隔（ピ
ッチ）に依存するため（ピッチを狭くするには限度があ
る）、位置検出精度が悪いという問題点があるばかりで
なく、金属ワイヤーに流れる電流は微少であるから検出
処理のための機構、装置が複雑となる問題点がある。

さらに、従来の計測装置では、荷電粒子ビームとスリッ
ト板１の移動とのタイミングを取らねばならず、スリッ
ト板１を移動させるための機構が複雑となるという問題
点がある。

本発明の目的は位置検出精度がよく、しかもスリット板
の移動が極めて容易な計測装置を提供するこにある。

本発明の他の目的は、複雑な処理機構を必要としない計
測装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、荷電粒子ビーム通路に配置され、互い
に径の異なる複数の孔が形成されたスリット部材と、該
荷電粒子ビーム通路に前記スリット部材の後方に配置さ
れたスクリーン部材と、該スクリーン部材に投影された
ビーム像を撮像するための撮像手段と、該撮像されたビ
ーム像が入力される画像処理手段と、前記スリット部材
を前記荷電粒子ビーム通路を横切る方向に駆動する駆動
手段とを有し、前記スリット部材を移動させ、前記荷電
粒子ビームを異なる径の孔を通路させ得られる第１及び
第２のビーム像を用いて、前記画像処理手段によって前
記荷電粒子ビームのエミツタンスを求めることを特徴と
する荷電粒子ビーム計測装置が得られる。

（作　用）本発明では、スリット部材のスリット孔を通過してスク
リーン部材に投影されたビーム像を撮像手段で撮像し、
この撮像ビーム画像が画像処理手段に入力される。この
ｉ像動作をスリット孔を変えて複数回行う、このように
して得られた複数個のビーム像を用いて、互いに差を求
め、これに基づいて荷電粒子ビームのエミツタンスを求
める。

（実施例）以下、本発明について実施例によって説明する。

まず、第１図を参照して、ビーム通路１０には長方形状
のスリット部材１１か配置され、このスリット部材１１
に長辺方向に、即ち、ビーム通路１０を横切る方向に、
互いに半径の異なる複数のスリット孔１１ａ、ｌｌｂ、
・・・が配列されている。

さらに、このビーム通路１０には、スリット部材１１の
後において螢光スクリーン１２が配置されている。これ
らスリット部材１１及び螢光スクリーン１２にはそれぞ
れ駆動装置１３及び１４が連結され、駆動装置１３によ
ってスリット部材１１はビーム通路１０を横切る方向く
第１図に破線で示す方向）に駆動される。螢光スクリー
ン１２は駆動装置１４によってビーム通路１０を横切る
方向に挿入される。

図示のように、螢光スクリーン１２に対向して、撮像手
段としてのＣＣＤカメラ１５が配置され、このＣＣＤカ
メラ１５は画像処理装置１６に接続され、さらにこの画
像処理装置１６は計３Ｅ機１７に接続されている。

次に上述の計測装置における処理動作について説明する
。

まず、駆動装置１３によりスリット部材１１を駆動して
、例えば、スリット孔１１ｃをビーム通路１０に対応さ
せる。ビーム通路１０を実線矢印方向に進行する荷電粒
子ビームはその一部がスリット孔１１ｃを通過して、螢
光スクリーン１２に当たる。これによって第２図（ａ）
に示すように、螢光スクリーン１２上にビーム＠１２ａ
が投影される。このビーム（ｆｉ１２ａはＣＣＤカメラ
１５で１ｍ＠され、画像処理装置１６に入力され、記憶
される。

次に、駆動装置１３によりスリット部材１１を駆動して
、スリット孔ｌｉｄをビーム通路１０に対応させる。前
述の場合と同様にして荷電粒子ビームはその一部がスリ
ット孔ｌｉｄを通過して、螢光スクリーン１２に当たる
、これによって第２図（ｂ）に示すように螢光スクリー
ン１２上にビーム像１２ａ′が投影される。このビーム
像１２ａ′はＣＣＤカメラ１５で撮像され、画像処理装
置１６に記憶される。

画像処理装置１６に記憶されたビーム画１象１２ａ及び
１２ａ′は、第３図に示すように重ね合わされ、ビーム
画像１２ａとビーム画（ｌｊ１２ａ′の差が求められる
（以下これを差画像という）。

画像処理装置１６で求められた差画顛はディジタル信号
で計算機１７に送られる。

計算機１７は、ビーム中の粒子の半径方向への変位をｒ
、ビームの進行方向Ｚに対してｄｒ／ｄｚ＝ｒ′とし、
（ｒ、ｒ’　）の座標上でビームが占める位相空間図面
の面積ａ＝ｆｒ′ｄｒを求め、さらに、この面積ａから
エミツタンスε＝ａ／πを算出する。まず、計算機１７
では、上記の差画像（斜線部分）の動径方向の断面にお
ける中心位置を円周にそって求める。すると、例えば画
像第４図（ａ）に示すｒ、点は、第４図（ｂ）に示すス
リット部材における、１０点を通過したビームの像であ
るので、ビームの動径方向の変位は、ｒｌ−ｒｏという
ことになり、ビームの進んだ距離ｚはスリットとスクリ
ーンの間の距離が１であるので、ｒ′がｒ　’　＝　ｔ
”　ｒ　　ｒ　ｏとして求よオることになる。このようにして、スリット六を変えるこ
とによりビーム断面の全域にわたってｒとｒ′を求める
ことができ、従ってエミツタンスを求めることができる
。

なお、この解析で注意をしなくてはならないことは、初
めに、ビームの軸中心と、スリット六の中心をよく合わ
せておく必要がある事である。

なお、スリット部材に形成するスリット孔の径は精度よ
く加工できるので、各スリット孔の径の差を極めて少な
くすることができ、従って、極めて幅の小さい差画像が
得られる。

上述の実施例では、スリット部材として長方形状のもの
を用いたが、第５図に示すようにディスク状のスリット
部材１１に所定の円周上に沿って、スリット孔１１ａ、
ｌｌｂ、ｌｌｃ、・・・を形成してもよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明では、スリット部材を精度よ
く移動することが＃≠≠容易であるばかりでなく、簡単
な処理機構でエミツタンスを精度よく検出できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１゛図は本発明による荷電粒子ビーム計測装置の一実
施例を示す図、第２図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれビー
ム画像を示す図、第３図は差画像を示ず図、第４図は差
画像からのエミツタンスの算出を説明するための図、第
５図はスリット部材の他の例を示す図、第６図（ａ）〜
（ｆ）は従来の荷電粒子ビーム計測装置を説明するため
の図である。１０・・・ビーム通路、１１・・・スリット部材、１２
・・・螢光スクリーン、１３．１４・・・駆動装置、１
５・・・ＣＣＤカメラ、１６・・・画像処理装置、１７
・・・計算機。箆１図＜ａ＞（ｂ）　　　　　（ｃ）　　　　Ｃｄ）（ε）（ｆ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、荷電粒子ビーム通路に配置され、互いに径の異なる
複数の孔が形成されたスリット部材と、該荷電粒子ビー
ム通路に前記スリット部材の後方に配置されたスクリー
ン部材と、該スクリーン部材に投影されたビーム像を撮
像するための撮像手段と、該撮像されたビーム像が入力
される画像処理手段と、前記スリット部材を前記荷電粒
子ビーム通路を横切る方向に駆動する駆動手段とを有し
、前記スリット部材を移動させ、前記荷電粒子ビームを
異なる径の孔を通路させ得られる第１及び第２のビーム
像を用いて、前記画像処理手段によつて前記荷電粒子ビ
ームのエミッタンスを求めることを特徴とする荷電粒子
ビーム計測装置。