JPH0459736B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、イオンプラズマ電子銃と、この電子
銃から２次電子を形成する方法に関する。

〈従来の技術〉 本発明のイオンプラズマ電子銃は、米国特許第
3970892号及び米国特許願SN596093号に開示され
た電子銃と同一の一般的な形式のものである。こ
の米国特許及び米国特許願に開示されているよう
に、例えばｅビーム励起ガスレーザーに使用され
る高エネルギーの電子ビームを発生させる技術に
おいての、最近の大きな進歩は、プラズマカソー
ド電子銃である。この電子銃においては、プラズ
マは、中空の陰極面と格子に対して比較的低い電
圧において作動される陽極格子との間の中空陰極
放電中において発生する。電子は、陽極格子及び
制御格子を経て、放電プラズマから抽出され、両
方の格子と加速陽極との間のプラズマのない領域
において、高エネルギーに加速される。加速電極
は通常は、薄いはく窓であり、これは陰極に対し
て比較的高電圧に保たれている。プラズマカソー
ド電子銃の利点は、構造が簡単で堅牢なこと、制
御可能性及び効率が高くコストが低廉であり、大
面積の電子ビームの発生に適していること、など
である。

米国特許第3970892号及び第4025818号に開示さ
れた電子銃の電子ビームは、一般に、はく窓の中
心部にピークをもち、その両側の縁端にかけて零
値まで減少するような電子分布を示す。米国特許
願SN596093号に開示された装置は、はく窓から
出射したときに全ビームを横切る方向に一様な電
子分布をもつた電子ビームを発生させる改良され
た構造を供与する。

従来の技術による電子ビーム発生器を使用する
場合、ビームの均等性が本質的にビームの強度と
は無関係であることが認識されている。ビーム電
流は、高電圧電源からの電流に比例する。即ち、
照射される移動中の帯状材料をボンバードする電
子の線量率の制御は、単に、高電圧電源によつて
供給される電流を測定し制御する問題となる。米
国特許第3970892号に開示されたようなワイヤイ
オンプラズマ装置の場合には、高電圧電源の電流
は、入射ヘリウムイオンと放出電子との和であ
る。入射イオンに対する放出電子の比、即ち、２
次放出係数は、放出面の表面状態に依存する。こ
の状態が変化し易いことから、移動中の帯状材料
の表面に衝突する２次電子の線量率を制御するに
は、単に高電圧電源をモニターするだけでは不適
切である。

ワイヤイオンプラズマ装置を更に考えてみる
と、プラズマ室と高電圧放出電極との間の格子を
機械的に変化させるオプシヨンを排除するなら
ば、２次電子の瞬時的なビーム強度は、プラズマ
放電の強度、従つてヘリウムイオン流を変化させ
ることのみによつて変化させうる。しかしプラズ
マ電流を因子２だけ上下に変化させると、プラズ
マ強度の変化と共に、ビームの均等性ないしは一
様さの際立つた望ましくない変化が起こる。

〈発明が解決しようとする課題〉 従つて、本発明の１つの目的は、２次電子ビー
ム出力の一様さを保ちながら２次電子ビームの強
度を変化させる装置及びその作動方法を提供する
ことにある。本発明の別の目的は、移動している
か又は固定されている帯状材料の全表面に亘つて
２次電子ビームの強度を保ちながら、ワイヤイオ
ンプラズマ装置を経て伝送される該帯状材料に衝
突する２次電子の線量率を変化させる手段を提供
することにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、互に隣接した第１室及び第２室を形
成してその間の開口を備えている電導性の排気さ
れたハウジングを備えたイオンプラズマ電子銃を
使用する。第１室中において正イオンと電子のプ
ラズマを発生させる手段が設けられている。第２
室には、ハウジングから隔てられ絶縁された関係
においてカソード即ち陰極が配置されている。陰
極は、２次電子放出面を備えている。陰極とハウ
ジングとの間に負の高電圧を発生させる手段が設
けられており、これによつて陰極により正イオン
を第１室から第２室に引込み、陰極面に衝突さ
せ、２次電子放出面から２次電子を放出させる。

電導性−電子透過性はくは、陰極に指向した第
１室の先端においてハウジングの開口上に延在し
ている。このはくは、ハウジングに電気的に接続
されて２次電子のための陽極を形成し、この陽極
によつて２次電子が電子ビームとしてはくを通過
させられる。電導性抽出格子は、一般に、陰極の
２次電子放出面に近接して、第２室中に取付けて
あり、この陰極は、ハウジングに接続されて、該
放出面上に静電界を発生させ、格子中の開口を経
て第１室中に２次電子を通過させる。

電導性支持格子は、はくに近接して、第１室に
取付けてあり、はく及びハウジングに連結されて
いる。支持格子は、はくを支持する働きをし、抽
出格子と共働してはく中に２次電子を加速させる
ように作動する。

２次電子パルスを形成する手段が設けられてい
る。これは、２次電子がはくを経て放出させる時
間を変化させることによつて達せられる。そのた
めには、２次電子が伝送されている時間を変化さ
せながら、はくを経て放出される２次電子の強度
を実質的に一定に保持する。これによつて、パル
スが発生し、帯状材料の単位長さは、帯状材料の
表面全体に亘つて、一様なビーム強度を与えなが
ら帯状材料の表面を照射する全エネルギー量を制
御するように変化させうる２次電子の線量を受け
る。

次に本発明の好ましい実施例を示した添付図面
に基づいて説明する。

〈実施例〉 第１図に、本発明の一実施例に従つた構造のイ
オンプラズマ電子銃の基本的な構成部分が示され
ている。電子銃は、導電性の接地された外囲いを
含み、この外囲いは、高電圧室１３、イオンプラ
ズマ放電室１２及び電子透過性はく窓２を備えて
いる。ワイヤ４は、プラズマ放電室１２中に入り
こみ、そこを通つて延長している。はく窓２は、
接地された外囲いに電気的に接続されており、外
囲いに向つて、そしてこの外囲いを通つて電子を
加速するための陽極を形成している。外囲いは、
１〜10ミクロンのヘリウムに充満されている。陰
極６は、高電圧室１３中に配置してあり、これか
ら絶縁されている。陰極６のインサート５は、そ
の下面に取付けられている。インサート５は、典
型的には、モリブデン製であるが、２次放出係数
の高いどんな材料からできていてもよい。外囲い
と陰極６との間の間隙は、電界のパツシエン崩壊
を防止する形状を備えている。

高電圧源２１０は、150〜300Kvの負の高電圧
を陰極６にケーブル９を経て供給し、ケーブル９
は、ケーブル９と陰極６との間に介在されたオプ
シヨンの抵抗８まで、エポキシ絶縁筒１４を通り
延長している。陰極６とインサート５とは、ダク
ト７を経て圧送される適宜の冷却液、例えば油に
よつて冷却される。

プラズマ放電室１２は、機械的及び電気的に一
緒に結合された或る数の金属製リブ３を収容して
いる。リブ３は、ワイヤ４が全構造物を通過する
ことを許容するための複数の切欠を中心部に備え
ている。陰極６に指向したリブ３の側面は、抽出
格子１６を形成しているか、或いは、リブ３の他
の側面は、電子透過性はく窓２を支持するための
支持格子１５を形成している。別の方法として、
抽出格子と陽極板とは、複数の孔を切いて形成し
た金属材料の複数のシートから成つていてもよ
い。液冷チヤンネル１１は、プラズマ放電室１２
から熱を除去するために用いられる。

電子透過性はく窓２は、0.0064〜0.0025mm（1/
４〜１ミル）の厚さのチタン又はアルミニウムの
はく材からできていてもよく、このはく材は、支
持格子１５によつて支持され、Ｏリングにより外
囲いにシールされている。ガスマニホルド１０
は、与圧された窒素ではく窓２を冷却してオゾン
をビーム域から除去するためのオプシヨンの手段
である。

変調された電源１を作動させると、ヘリウムイ
オンと電子放電とから成るプラズマが、ワイヤ４
を囲む電界によつて、プラズマ放電室１２中に形
成される。変調器は、直流電源でも、20〜30MHz
無線周波数発生器でもよい。プラズマが形成され
ると、ヘリウムイオンは、抽出格子１６を経てプ
ラズマ放電室１２に漏出する電界によつて、陰極
６に向つて吸引される。この電界の強度は、数
100V（ボルト）から10000Vまでの範囲とするこ
とができる。イオンは、電界線に沿つて、抽出格
子１６を経て高電圧室１３中に流入する。イオン
は、ここで全ポテンシヤルに亘つて加速され、平
行ビームとして、陰極６のインサート５をボンバ
ードする。陰極６から放出された２次電子は、負
電荷をもつため、陽極に向つて吸引され、帯状材
料５０に伝送される所望の電子ビームを形成す
る。

はく窓２を経て伝送された電子ビームは、矢印
５１の方向に移動する帯状材料５０に衝突する。
移動する帯状材料５０又は固定された帯状材料の
特定の単位長さを特定の単位時間内にキユアー
し、又は他の仕方で照射するために、２次電子に
よつて供給される全エネルギー量を制御しうるこ
とが、時に望まれる。前述したように、本発明の
以前には、これはプラズマ室と高電圧放出電極と
の間の格子を機械的に変更する（これには、ワイ
ヤイオンプラズマ装置の物理的な変更が必要とさ
れる）か、又はプラズマ放電の強さ、従つてヘリ
ウムイオン流を変化させるかすることのみによつ
てなされていた。しかし、プラズマ流の強さを因
子３よりも多く上向き又は下向きに変更すること
によつて出力ビームの強度を安定化する実験を行
なつた結果として、ビームの一様さにとつて非常
に好ましくない変化を生ずることが示された。こ
れは移動しているか又は固定されている帯状材料
がその幅方向に不均等にキユアーされる傾向を示
すことになるため、明らかに容認できない。

本発明は、移動しているか又は固定されている
帯状材料５０の全表面に亘る均等性を保ちながら
この帯状材料に衝突する２次電子の線量率を変更
する問題の、非常に好ましい解決策を提供する。
これは、瞬時的なビーム強度は一定に保ちながら
ビームの放出される時間区分を変更するようにし
たパルス幅変調方式によつて達成される。１ビー
ムパルスの最小接続時間は、全プラズマ室に亘つ
てプラズマを形成するために必要な時間によつて
定まる。例えば、ヘリウムの圧力20μｍ、最大電
圧又は「衝突」電圧1500V、陽極のワイヤに沿つ
た陽極域の寸法約数インチについて、プラズマ放
電室１２全体に亘つてプラズマを形成するのに必
要な時間は、約50μ秒である。移動する帯状材料
５０の場合、変調期間の最大持続時間は、帯状材
料５０の走行時間によつて定まる。線量率は、設
計上の選択の問題であり、照射される物質並びに
キユアーにとつて必要な全エネルギーに依存する
が、多くの事情の下では、はく窓２の下方を通過
する間に少くとも10変調周期の間帯状材料５０が
曝露されていた場合に、照射の適切な均等性が得
られることが指摘される。例示すると、はく窓２
の長さを25.4cm（10インチ）として、帯状材料５
０の速度を、１分間300ｍ（1000フイート）とし
た場合、走行時間は50ｍ秒となる。その場合、パ
ルス期間ないしパルス周期は、５ｍ秒と選定しう
るであろう。パルス持続時間を最小の50μ秒から
完全な“ON”状態まで変化させた場合、配送
（デリベリー）線量は、100〜１の範囲に亘つて調
節可能に変化するであろう。明らかなように、よ
り長いはく窓２及び／又はより遅い帯状材料５０
の速度を使用することによつて、より広汎なダイ
ナミツクレンジが達成可能となる。

２次電子の所要の線量率を与えるための本発明
による電子銃の作動を定める変数の例は、出力ビ
ームの強度、帯状材料の速度、並びに、帯状材料
をキユアーし又は他の仕方で帯状材料に作用する
のに必要な所望の線量率又は照射量である。

電子ビーム発生器の出力ビームの強度をモニタ
ーするための多くの既知の手段があり、これらの
モニター手段は、本発明の範囲に含まれないた
め、ここでは説明しない。これらのモニター手段
には、直接遮蔽線量率モニター又はＸ線線量率モ
ニターでもよい。しかし、瞬時的なビーム強度の
測定がなされた後は、帯状材料のためのデユーテ
イフアクターを定めることができる。このデユー
テイフアクターは、単に、移動している帯状材料
の表面に電子ビームを連続的に供給した場合に供
与されるエネルギーに対する、電子ビームがパル
スモードでONになつていた場合に与えられるべ
きエネルギーの比である。

第２図を参照すると、プラズマ電子銃のワイヤ
４のパルス変調プラズマ流供給源の配列が概略的
に図示されている。電源は電流発生器６４に電力
を供給する。スイツチ６６は、パルス発生器６８
によつて制御されて、電流発生器６４とワイヤ４
との間の接続を開閉する。電流発性器６４とスイ
ツチ６６とは、変調された電源１を共同して形成
する。

パルス発生器６８は、指定されたデユーテイサ
イクルのパルス列を供給するように、ユーザーに
よつてセツトされる。このパルス列は、周期信号
であり、その各々の周期は、全周期の一部分につ
いては、ON状態にあり、残りの部分については
OFFの状態にある。全周期時間に対するON時間
の比は、パルス列のデユーテイサイクル又はデユ
ーテイフアクターとして知られる。前述したよう
に、パルス列のデユーテイサイクルは、帯状材料
５０に対する所望の線量を与えるように選定す
る。

第３，４図を特に参照して、電流発生器６４と
スイツチ６６との機能の具体化について一層詳細
に説明する。パルス発生器６８は、調節可能なデ
ユーテイサイクルをもつたパルス列を、供与しう
る多くのパルス発生器のうちのどれでもよく、例
えば米国カルフオルニア州、コンコード、シスト
ロン・ドナー・コーポレイシヨンの100A型の装
置でもよい。

第４図は、パルス発生器６８とのインターフエ
ースを取るために、変調された電源１に含まれる
回路を示している。

第３図を参照して、変調された電源１について
一層詳細に説明する。本発明のこの好ましい実施
例によれば、電流発生器６４は、最初の高電圧の
スパイクと、それに続く特定の持続時間の持続す
るレベルとを有するパルスを供給する。一例とし
て、高電圧スパイク即ちトリガーパルスは、約
200Vの電圧を、そして持続部分は、約400Vのレ
ベルを、それぞれもつことができる。この波形特
性は、トリガーパルス回路７０（トリガー源）か
らのトリガーパルスを持続電圧源７２からの持続
電圧と組合せることによつて得られる。これら２
つの供給源は、第３図の回路については、120V
交流電力を供給するべき電源６０からの電力を変
換する。トリガーパルスと持続パルスとは、抵抗
７６とダイオード７８との組合せを介して、加え
合せノード７４によつて、加え合せられる。抵抗
７６は、トリガーパルス回路７０からのトリガー
パルスを受け、ダイオード７８を経て加え合せノ
ード７４に信号を供給する。ダイオード７８は、
トリガーパルス回路７０と加え合せノード７４と
の間の電流が、加え合せノード７４に流入し、そ
れと逆の方向に流れないことを保証すると共に、
持続電圧源７２によつて発生した信号からトリガ
ーパルス回路７０を切離す。同様に抵抗８０とダ
イオード８２とは、持続電圧源７２からの持続パ
ルス信号を、一方向に加え合せノード７４に結合
させる。

一般に、トリガーパルス回路７０は、必要な電
圧スパイクを発生させるために、ステツプアツプ
変圧器８６とコンデンサー８８とを使用する。電
圧スパイクの発生の間に、コンデンサー８８に
は、所定量の電流が供給される。この電流は、ゼ
ナーダイオード９０、抵抗９２及びトランジスタ
ー９４のベース−エミツター接合によつて定ま
る。第３図からわかるように、抵抗９２は、トラ
ンジスター９４のエミツターとゼナーダイオード
９０のカソードとの間に接続されている。ゼナー
ダイオード９０のアノードは、トランジスター９
４のベースに接続されている。そのため、ゼナー
ダイオード９０は、抵抗９２の両端間の電圧降下
を定める。この電圧降下は、抵抗９２を流れる電
流パルスを設定する。

トランジスター９４に対するベース駆動は、抵
抗９６を介して供給され、抵抗９６は、抵抗１０
０を経て、ノード９８の整流電力に持続されてい
る。整流電力は、１：２ステツプアツプ変圧器１
０４の２次巻線からの交流電流を整流する、全波
ダイオードブリツジ１０２を経て供給される。ス
テツプアツプ変圧器１０４の１次巻線は、この例
では120V交流電源である電源６２に接続される。

トランジスター１０７のエミツタは、トランジ
スター９４のコレクターに、ベースは、抵抗９
６，１００の間の接合部に、コレクターはノード
９８に、それぞれ接続されている。トランジスタ
ー１０７は、トリガーパルス回路７０がオフ状態
にトリガーされた時にトランジスター９４のコレ
クター−ベース間に供給されるはずの電圧の一部
分を取扱うように動作する。そのため、単一のよ
り高価な高電圧トランジスターではなく破壊電圧
のより低いトランジスターを使用することが可能
となる。

コンデンサー８８とステツプアツプ変圧器８６
とが高電圧を発生させる機構について説明する
と、ダイオード１０６，１０８は、コンデンサー
８８の充放電を制御するように、SCR１１０と
共に動作する。SCR１１０は、第４図に示した
点火トリガー回路１０９によつてオンオフされ
る。第４図については後に詳述する。

SCR１１０がオフ状態にあるとき、ダイオー
ド１０６，１０８は、逆方向にバイアスされ、コ
ンデンサー８８は、トランジスター９４，１０
７、抵抗９２及びゼナーダイオード９０を介して
充電される。コンデンサー８８がその充電電圧に
到達すると、トランジスター９４，１０６はオフ
となる。SCR１１０がオン状態となると、ダイ
オード１０６，１０８は、順方向にバイアスされ
た状態となるため、トランジスター９４，１０６
は、オフに保たれ、１次巻線８６を経てコンデン
サー８８を放電させる。

第３図からわかるように、ステツプアツプ変圧
器８６は、その２つの端子のところのドツトで示
したような極性をもつため、コンデンサー８８の
放電中にステツプアツプ変圧器８６の２次巻線
に、高電圧スパイクが誘起される。ドツトでマー
クした変圧器８６の２次側の端子は、正移行高電
圧を抵抗７６及びダイオード７８に与える。この
状態の下では、ダイオード７８は、順方向にバイ
アスされて導通し、ワイヤ４に高電圧が供給され
ることを許容する。

コンデンサー８８が最初に充電し始めるとき
は、その両端間の電圧は低く、それを通る電流は
大きい。コンデンサー８８に供給される電流は、
前記のように抵抗９２の両端間の電圧降下によつ
て定まる。コンデンサー８８が充電されるにつれ
て、その両端間の電圧は増大し、それを通る電流
は減少する。この状態の下では、トランジスター
８６の１次巻線を通る電流は、ドツトでマークし
ない端子に流入するので、負移行信号が２次巻線
に誘起される。そのためダイオード７８は、逆方
向にバイアスされ、信号は、ノード７４には供給
されない。

SCR１１０がオン状態にあるとき、コンデン
サー８８は、変圧器８６の１次巻線を経て放電さ
れる。この放電のため、正移行電圧スパイクが変
圧器８６の２次巻線の両端間に誘起される。この
波形は、高電圧（例えば2000V）への非常に早い
立上り時間と、それに続いて、零電圧に向つての
より緩徐な電圧の減少とを示す。このスパイクに
よつてダイオード７８は順方向にバイアスされる
ので、スパイクはノード７４に到達する。

ステツプアツプ変圧器８６の１次巻線中のリン
ギングは、SCR１１０がそのオフ状態に戻るこ
とを許容する。コンデンサー８８が放電し、
SCR１１０がオフ状態となると、トランジスタ
ー９４，１０７は、再びオン状態におかれる。コ
ンデンサー８８は、その後に、次のトリガーパル
スのための準備のために、前記のように充電され
る。

持続電圧源７２（第３図）について説明する
と、MOSFET１０８を介して抵抗８０に対し接
続したり切離したりできる電圧源が図示されてい
る。この電圧源は、１対のSCR１１４，１１６
に接続された１次巻線１１２を備えた変圧器１１
０を使用する。SCR１１４，１１６は、変圧器
１１０の２次巻線１１８に存在する電圧レベルを
制御するために適切な比率においてオンオフにス
イツチングすることができる。

２次巻線１１８は、２次巻線１１８からの交流
電流を全波整流するダイオードブリツジ１２０の
両端間に接続されている。インダクター１２２と
コンデンサー１２４とは、全波整流された信号を
濾波して直流電圧をノード１２６に供給する。
MOSFET１０８のドレンは、ノード１２６に、
ソースは抵抗８０にそれぞれ接続されている。
MOSFET１０８のゲートは、抵抗１２８，１３
０を経て接地されている。ゲートは、第４図につ
いて後に詳述するゲート駆動回路１３２にも接続
されている。抵抗１２８，１３０の接合部は、ゲ
ート駆動回路１３２にも接合されている。

MOSFET１０８は、エンハンスメントモード
のｎ−チヤンネル装置であり、正のゲート−ソー
ス電圧によつて、そのドレンからソースに電流が
流れる。その逆に、ゲート−ソース電圧が零に近
付くと、MOSFET１０８はオフとなる。
MOSFET１０８は、そり自体としては、ゲート
−ソース供給電圧に依存して、スイツチとして動
作する。或る場合には、MOSFET１０８は、パ
ルスの間プラズマ流を平坦にするようにサーボ制
御される。

ゲート駆動回路１３２は、ワイヤ４に供給され
る信号の持続パルス部分を発生させるように、
MOSFET１０８のゲート−ソース間に、適切な
制御信号を供給するように動作する。

持続電圧源７２には、図示したように、１対の
抵抗１３４，１３６があり、これらの抵抗は、ノ
ード１２６とアースとの間に結合されている。こ
れらの抵抗は、ノード１２６においての電圧の所
定の一部分である電圧を電圧モニター１３８に供
給するための分圧器として用いられる。このよう
に持続電圧源１０２によつて供給される電圧レベ
ルを定めることができる。

同様に、電流感知抵抗１４０は、ダイオードブ
リツジ１２０の一方の接合部とアースとの間に接
続されている。電流感知抵抗１４０の両端間に生
ずる電圧は、持続電圧源７２によつて供給される
電流に比例する。この電圧は電圧モニター１４２
に供給される。

前述したように、プラズマ流のための好ましい
波形は、所定のデユーテイーサイクルをもつた一
連のパルスであり、各々のパルスは、最初の高電
圧スパイクと、それに続く、際立つて低い一定の
電圧の持続パルスとを有している。第５図は、こ
の波形の２周期分を示している。この波形は、第
３図のノード７４に存在しており、トリガーパル
ス回路７０からのトリガーパルスと持続電圧源７
２からの持続パルスとの和である。点火トリガー
回路１０９とゲート駆動回路１３２との動作は、
各々の供給源からの波形が相互に対する適切な順
序において発生するように同期させる。この機能
は、第４図のインターフエース回路によつて制御
する。

第４図には、この回路が図示されている。前述
したように、第１図において、パルス発生器６８
は、変調電圧源１を、線量率モニター６９によつ
て測定された電流レベルの関数として駆動する。
第４図の回路は、パルス発生器６８と、第３図の
トリガーパルス回路７０及び持続電圧源７２との
間のインターフエースを与える。点火トリガー回
路１０９とゲート駆動回路１３２とは、第４図に
破線の枠により示されている。

更に詳しく説明すると、点火トリガー回路１０
９は、パルス発生器６８から信号を受けるため
に、光リンク又はフオトリンクを使用する。これ
らの信号は、デジタルワンシヨツト１４６を駆動
し、デジタルワンシヨツト１４６は、MOSFET
１４８を動作させる。MOSFET１４８は、パル
ス発生器６８からの信号に同期してSCR１１０
をオンオフさせる。同様に、ゲート駆動回路１３
２は、フオトリンク１５０を介して、パルス発生
器６８からの信号を受ける。ゲート駆動回路１３
２が受けた信号は、１対の相互に切離された電圧
源の間に供給されたインバーター１５２を駆動す
る。パルス発生器６８からの波形が正に移行する
と、インバーター１５２は、ノード１５４をより
正とする。ノード１５４は、抵抗１５５，１２９
を経てMOSFET１０８のゲートに、第３図に示
すように接続されている。抵抗１５６は、ノード
１５４と負の切離された供給源との間に、第４図
に示すように接続されている。抵抗１５６と負の
供給源との間の接合部は、第３図に示した抵抗１
２８，１３０の間の接合部に接続されている。こ
の回路形態において、ノード１５４が正に移行す
ると、抵抗１２８の両端間、従つてMOSFET１
０８のゲート−ソース間に、正電圧が誘起され
る。そのためMOSFET１０８は、オンになる。

その逆に、パルス発生器６８からの信号が論理
「０」であると、インバーター１５２は、導通し
なくなる。そのため、ノード１５４の電圧は、第
３図の持続電圧源７２からの信号のみによつて定
まる。そのため抵抗１２８の両端間に零電圧が誘
起され、MOSFET１０８はそれによつてオフと
なる。そのため、パルス発生器６８は、持続電圧
源７２を、ノード７４に対して結合させたり、切
離したりする。

第４図からわかるように、パルス発生器６８か
らの信号は、フオトリンク１４４，１５０に共通
に供給され、従つて、点火トリガー回路１０９及
びゲート駆動回路１３２から発生した制御信号
は、同期化される。第２図のスイツチ６６との関
係において、フオトリンク１４４，１４５への共
通の駆動と、それに応答したSCR１１０及び
MOSFET１０８の動作とは、スイツチ６６の機
能的な均等物である。

フオトリンク１４４，１５０は、パルス電力供
給源からパルス発生器６８を切離すために使用さ
れる。これは、ゲート駆動回路１３２への互に切
離された電力供給を用いる理由でもある。

第６図には、直列調整器型の回路７２の代りに
使用可能な分路調整器が示されている。ここで
は、MOSFET１５８の直列接続配列が、電源と
アースとの間に分路として接続されている。電源
は、適切な保持パルス電圧レベルを与えるように
なつている。所望時間の間パルスが供給される
と、制御信号がMOSFET１５８に供給されるの
で、MOSFET１５８は、電源の出力をアースに
短絡させる。直列に接続されたダイオード１６０
は、半波整流された信号を、フイルターコンデン
サー１６２に供給する。ゼナーダイオード１６４
は、ノード１６６に存在する電圧レベルを調整す
る。抵抗１６８とゼナーダイオード１７０とは、
MOSFET１５８に対するバイアスを供給する。

以上に説明したパルス幅変調されたプラズマ流
の供給は、本発明のイオンプラズマ電子銃によつ
て供給される線量をより細密に制御するために、
サーボ制御形態において具体化することができ
る。より詳細には、第７図には、この形態が、単
純化された機能形式において図示されている。第
７図は、第１図と同様であるが、第１図のパルス
発生器６８が第７図の線量率制御ブロツク２００
に代えられることと、直列調整器の代わりに第６
図の分路調整器２０１が持続プラズマ電力供給源
２０２と共に用いられていることでは相違する。

第１図において、線量率モニター６９からの信
号は、パルス発生器６８に破線のように接続され
たように図示されており、これは、線量率モニタ
ー６９からの信号がパルス発生器６８を間接に制
御することを表わしている。より詳しくは、使用
者は、この信号に基づいて、所要の線量のための
適正なパルス幅を定め、それに従つてパルス発生
器６８をセツトする。

これと対照的に、第７図の形態において、線量
率モニター信号は、サーボループ内においてフイ
ードバツク信号として使用され、このループにお
いて、線量率制御ブロツク２００は、変調電源１
を制御するために、線量率信号を、線量率セツト
ポイント及び帯状材料の速度と比較し、パルス幅
を自動的に設定する。

同期信号は、トリガーパルス回路７０と線量率
制御ブロツク２００とに同時に供給される。トリ
ガーパルス回路７０は、プラズマを開始させるト
リガーパルスを次に発生させる。線量率制御ブロ
ツク２００は、線量率信号の積分が線量のセツト
ポイントレベルを超過するまで、持続電圧源７２
への入力を保つことによつて、持続電圧源７２を
オンに保持する。この時点で、線量率制御ブロツ
ク２００は、持続電圧源７２への入力をオフにし
て、プラズマパルスを終了させる。

第８図は、図示した例による線量率制御ブロツ
ク２００の回路を示すより詳細な回路図であり、
積分器２０２、比較器２０４及びパルス形成回路
２０６の回路が図示されている。積分器２０２
は、線量率モニター６９からの線量率信号を受け
てこれを積分する。積分器２０２の出力は、電子
ビームないしは、ｅビーム積分閾値と、比較器２
０４によつて比較される。ｅビーム積分閾値は、
本明細書において、線量セツトポイントとも呼ば
れている。積分された線量率信号がｅビーム積分
閾値を超過し、電流周期に対して適正な線量が供
給されたことが、それによつて指示されると、比
較器２０４は、変調電源１をオフ状態に指令する
ための信号をパルス形成回路２０６に供給する。

クロツク回路（図示しない）は、パルス列の
各々の周期の開始を行なわせるために、導線２０
７上の同期信号を積分器２０２及びパルス形成回
路２０６に供給する。この同期信号は、トリガー
パルス回路７０に同時に供給される。積分器２０
２は、その状態を零に再度初期設定することによ
つて、同期信号に応答する。パルス形成回路２０
６は、変調電源１をオン状態に指令するようにそ
の状態を再セツトすることによつて応答する。

開放ループ作動が望まれる事情の下では、線量
率信号は、積分器２０２に、手動によつて供給さ
れる。手動セツトポイント回路２０８は、第８図
に示され、スイツチ２１０によつて積分器２０２
の入力２０９に、接続可能な可調節の電源として
作動する。スイツチ２１０は、第１位置及び第２
位置をもち、第１位置では、線量率モニター６９
からの信号は、積分器２０２の入力２０９に接続
される。第２位置では、手動セツトポイント回路
２０８は、積分器２０２の入力２０９に接続され
る。

第８図の前述した機能ブロツクの各々について
以下により詳細に説明する。積分器２０２は、利
得段２１２を含み、この利得段は、線量率信号を
受けてこれを増幅する。インバーター−バツフア
ー段２１４は、利得段２１２からの信号の極性を
修正する。

実際の積分は、インバーター−バツフアー段２
１４からの信号に対して作用する積分段２１６に
おいて生ずる。積分段２１６は、増幅器２１８を
含み、増幅器２１８は、その出力と反転入力との
間に接続されたコンデンサー２２０を備えてい
る。非反転入力は、信号共通に接続されている。
インバーター−バツフアー段２１６からの信号
は、抵抗２２２を経て、増幅器２１８の反転入力
に供給される。MOS２２４は、コンデンサー２
２０の分路に接続してあるため、コンデンサー２
２０の両端間の電圧は、新しい積分動作が望まれ
る場合、同期信号に応答して、零にセツトするこ
とができる。

比較器２０４は、ｅビーム積分閾値信号を発生
させるための可調節分圧回路２２６を備えてい
る。より詳細には、固定抵抗２２８と可変抵抗２
３０とは、直列に接続されており、所望の閾値レ
ベルを表わす電圧に、供給電圧を分圧する。使用
者は、可変抵抗２３０を操作することによつて、
発生電圧を変化させることができる。

ｅビーム積分閾値信号は、比較器２３２の反転
入力に供給される。積分された線量率信号は、比
較器２３２の非反転入力に供給される。積分され
た線量率信号が、ｅビーム積分閾値を超過し、所
望の線量が供給されたことがそれによつて指示さ
れると、比較器２３２は、論理「１」の出力レベ
ルをパルス形成回路２０６に供給する。その逆
に、積分された線量率信号がｅビーム積分閾値よ
りも小さい場合には、比較器２３２は、論理
「０」出力信号を供給する。

パルス形成回路２０６は、Ｄフリツプフロツプ
２３４とフオロワー−ドライバー段２３６とを備
えている。比較器２３２からの信号は、Ｄフリツ
プフロツプ２３４のクロツク入力に供給される。
Ｄフリツプフロツプ２３４のＤ入力は、論理
「１」レベルに固定してあり、Ｄフリツプフロツ
プ２３４の反転出力は、フオロワー−ドライバー
段２３６を駆動する。

Ｄフリツプフロツプ２３４のリセツト入力は、
インバーター２３８を経て、導線２０７の同期信
号のコンプリメントを受ける。前述したように、
同期信号は、MOS２２４の制御端子にも供給さ
れ、新しい積分動作が開始されるべき時にコンデ
ンサー２２０を放電させるように動作する。その
ため、同期信号が、MOS２２４の導通した論理
「１」の状態から、MOS２２４が不導通となりコ
ンデンサー２２０が充電されている論理「０」の
状態に移行する際に、Ｄフリツプフロツプ２３４
がリセツトされる。

Ｄフリツプフロツプ２３４がリセツトされる
と、その反転出力は、論理「１」となり、フオロ
ワー−ドライバー段２３６は、付勢パルスを開始
させることを変調電源１に通報する。本発明によ
る変調電源１の別の実施例によれば、第７図のト
リガーパルス回路７２及び持続電圧源７０の代わ
りに、トリガーパルスについて必要とされる値に
対応した最大電圧を有する電流制御された供給源
を用いることができる。電流制御された供給源
は、分路調整器２０１と共に、第７図の持続プラ
ズマ電力供給源２０２の位置において使用され
る。第７図の分路調整路２０１がオフになると、
電流制御された供給源は、プラズマ放電が形成さ
れるまでその最大電圧レベルに向つてランプす
る。電流制御される供給源は、より低い持続電圧
レベルにおいてプリセツトされた電流を供給する
ように調節される。

このようにして、ビームが発生し、ターゲツト
又は製品に線量が供給される。線量率モニター６
９は、供給される線量を測定し、それを表わす線
量率信号を、線量率制御ブロツク２００に供給す
る。線量率制御ブロツク２００中の積分器２１８
は、この信号を積分し、積分値を比較器２０４に
送出する。積分値がｅビーム積分閾値を超過する
と、比較器２０４は、正移行クロツクパルスをＤ
フリツプフロツプ２３４に供給する。Ｄフリツプ
フロツプ２３４は、そのＤ入力に存在する論理状
態、この場合には論理「１」を記憶すると共に、
論理「０」をその反転出力に供給する。フオロワ
ー−ドライバー２３５は、分路調整器２００に、
それをオンにする信号を供給する。分路調整器２
００は、プラズマ放電を持続させていた電流を分
流させる。プラズマは流失し、電子ビームは終了
し、そのパルス期間についてのパルスは、それに
より終止される。前記の過程は、次のパルス期間
についても反復される。

前記のようにして、サーボ制御される系が供与
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、イオンプラズマ電子銃の基本的な構
成要素を示す一部断面斜視図、第２図は、本発明
のワイヤイオンプラズマ装置からの２次電子放出
のパルス幅変調を生ずるために必要な基本的な構
成要素を示す概略配列図、第３図は、本発明にお
いて使用可能な電力供給源の一実施例を示す回路
図、第４図は、パルス幅発生器と電力供給源との
間のインターフエースとして本発明の好ましい実
施例において使用される回路を示す回路図、第５
図は、第３，４図の回路によつて発生するパルス
列の波形を示す波形図、第６図は、本発明の持続
電力供給源として使用可能な分路調整器電力供給
源を示す結線図、第７図は、本発明によるサーボ
制御される構成部分の形態をＸ線線量率モニター
と共に示す略配列図、第８図は、線量率制御ブロ
ツクの好ましい実施例を示すためのより詳細な回
路図である。 ２…はく窓（はく）、６…陰極、１５…支持格
子、１６…抽出格子。

【特許請求の範囲】

１ 互いに隣接し中間部に開口部が配設された第
一室及び第二室を形成する導電性で真空にされた
ハウジングと；電流調整電力供給部に電気接続さ
れ電子と前記第一室内の正電荷を帯びたイオンと
から成るプラズマを発生させる前記第一室の内部
に配設されたワイヤーと；前記ハウジングから離
間し絶縁されて前記第二室内に配置されたカソー
ドであつて、二次電子放出面を持つカソードと；
前記カソードと前記ハウジングとの間に高い負電
圧を印加して、前記カソードに前記第一室から正
イオンを吸引させて正イオンを前記カソードの前
記表面に衝突させ且つ前記表面から二次電子を放
出させる手段と；前記ハウジングの前記第一室の
前記カソードに面した端部にある開口部を覆つて
延伸する導電性で電子透過性の箔であつて、前記
ハウジングに電気接続されて二次電子のためのア
ノードを構成し且つ二次電子を電子ビームとして
箔を通過させる箔と；前記カソードの二次電子放
出面に隣接して前記第二室内に取りつけられ、前
記ハウジングに接続されて前記表面に静電界をつ
くり二次電子を格子の開口部を通過して前記第一

Claims (1)

1. り、該はく及び該ハウジングに連結されている、
   電導性支持格子を有し、該支持格子は、該はくを
   支持すると共に、該抽出格子と共働して２次電子
   を該はくに向つて加速させるようにしたものにお
   いて、２次電子が該はくを経て伝送される期間を
   変化させることによつて、２次電子のパルスを発
   生させる発生手段を備えたことを特徴とするイオ
   ンプラズマ電子銃。 ２ 該はくを経て伝送される２次電子の強度を２
   次電子の伝送時間を変化させる間実質的に一定に
   保つ請求項第１項記載のイオンプラズマ電子銃。 ３ ２次電子によつて照射されるべき該はく窓に
   隣接した固定の又は移動している帯状材料に２次
   電子を衝突させるようにした請求項第２項記載の
   イオンプラズマ電子銃。 ４ ２次電子が伝送されて該固定の又は移動して
   いる帯状材料に衝突する時間を変化させてパルス
   を形成し、帯状材料が２次電子により連続的に照
   射されたとした場合に受けるべき線量の100〜１
   の範囲において調節自在な２次電子の線量を帯状
   材料の単位長さが受けるようにした請求項第３項
   記載のイオンプラズマ電子銃。 ５ ２次電子の最小のパルスが、プラズマ室を通
   るプラズマを形成するのに必要な時間によつて定
   まる請求項第１項記載のイオンプラズマ電子銃。 ６ 互に隣接した第１室及び第２室を形成し、こ
   れらの室の間の開口を備えている、電導性の排気
   されたハウジングと、該第１室中に正イオンを発
   生させる発生手段と、該ハウジングから隔てられ
   且つ絶縁された関係において、該第２室中に配さ
   れ、２次電子放出面を備えている、陰極と、負の
   高電圧を該陰極と該ハウジングとの間に適用して
   該陰極により正イオンを該第１室から該第２室に
   取出して該陰極の該２次電子放出面に衝突させ該
   ２次電子放出面から２次電子を放出させる電圧適
   用手段と、該陰極に指向する該第１室の先端にお
   いて該ハウジングの開口の上方に延在する電導性
   −電子透過性のはくとを有し、該はくは、２次電
   子のための陽極を形成するように、該ハウジング
   に電気的に接続され、該２次電子が電子ビームと
   して該はくを通過するようになつており、そのほ
   かに、該陰極の該２次電子放出面に隣接して該第
   ２室中に取付けられた電導性抽出格子を有し、該
   抽出格子は、該ハウジングに連結されて、該２次
   電子放出面に静電界を形成し、該格子中の開口を
   経て２次電子を該第１室中に移行させ、そのほか
   に、該はくに隣接して該第１室中に取付けてあ
   り、該はく及び該ハウジングに連結されている、
   電導性支持格子を有し、該支持格子は、該はくを
   支持すると共に、該抽出格子と共働して２次電子
   を該はくに向つて加速させるようにした、イオン
   プラズマ電子銃から、２次電子を形成するため
   に、該イオンプラズマ電子銃によつて照射される
   べき固定の又は移動している帯状材料に衝突する
   ２次電子の線量を変化させ、該はくを通つて２次
   電子が伝送される時間を変化させて該２次電子の
   パルスを発生させることを含む２次電子の形成方
   法。 ７ 該はくを通つて伝送される２次電子の放出時
   間を変化させる間、該２次電子の強度を実質的に
   一定に保つ請求項第６項記載の２次電子の形成方
   法。 ８ ２次電子がはくを経て伝送されて該固定の又
   は移動している帯状材料と衝突する時間を、該帯
   状材料が該２次電子によつて連続的に照射された
   とした場合に受けるべき線量100〜１の範囲に亘
   つて可変又は可調節とする請求項第７項記載の２
   次電子の形成方法。 ９ ２次電子の最小パルスをプラズマ室に亘つて
   プラズマを形成するのに必要な時間によつて定め
   る請求項第６項記載の２次電子の形成方法。