JPS6397150A - Magnetic coil assembly for adjusting and deflecting incident electron beam in electron beam system like tomographic scanner using computer - Google Patents

Magnetic coil assembly for adjusting and deflecting incident electron beam in electron beam system like tomographic scanner using computer

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JPS6397150A
JPS6397150A JP61241151A JP24115186A JPS6397150A JP S6397150 A JPS6397150 A JP S6397150A JP 61241151 A JP61241151 A JP 61241151A JP 24115186 A JP24115186 A JP 24115186A JP S6397150 A JPS6397150 A JP S6397150A
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボイド等が1980年1月7日に出願した米
国特許4,352,021−に開示されたタイプの断層
X線トランスミッションシステムにおいてX線を作るの
に適当な電子ビーム装置と技術とに係り、そしてランド
が1982年10月14日に出願した米国特許出願43
4,252に開示されたタイプの走査システム用電子ビ
ーム制御アセンブリの改良に係るものである。ボイド等
の米国特許とランドの米国特許出願の内容をここに引用
しておく。又、本発明はX線ターゲットに対して電子ビ
ームを掃引する偏向磁石アセンブリとそれに関連のファ
ンクションとに係るものである。特に、偏向磁石の回転
磁界は常に大きさと方向とが一定している純粋なダイポ
ールフィールドに近似している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is suitable for producing x-rays in a tomographic x-ray transmission system of the type disclosed in U.S. Pat. U.S. Patent Application No. 43, filed October 14, 1982 by Rand
This invention relates to an improvement in an electron beam control assembly for a scanning system of the type disclosed in US Pat. No. 4,252. The contents of the US patent of Boyd et al. and the US patent application of Rand are quoted here. The present invention also relates to a deflection magnet assembly and related functions for sweeping an electron beam across an x-ray target. In particular, the rotating magnetic field of the deflection magnet approximates a pure dipole field that is always constant in magnitude and direction.

第1図は、ボイド等の特許で取り扱われているタイプの
コンピュータを使用した断層X線トランスミッション走
査システム10の略図であり、ここでは必要な説明を簡
単にしておく。システム10は3つの主な作動要素に分
けられる。即ち、電子ビーム生成・制御アセンブリ12
、ディテクタアレー14そして本発明には関係していな
いデータ取得・処理要素(図示せず)である。第2図を
参照する。本発明は、電子ビーム生成・制御アセンブリ
12の装置と動作とに主として係るものである。このア
センブリのハウジング26は、システムの後端16と前
端20との間にのびる長い真空密のチャンバー28を形
成している。このハウジングは3つの同軸セクションに
分けられる。
FIG. 1 is a schematic illustration of a computer-based tomographic x-ray transmission scanning system 10 of the type covered in the Boyd et al. patent, and only a brief description of what is necessary is provided here. System 10 is divided into three main operational elements. That is, the electron beam generation and control assembly 12
, detector array 14, and data acquisition and processing elements (not shown) not related to the present invention. See Figure 2. The present invention relates primarily to the apparatus and operation of electron beam generation and control assembly 12. The housing 26 of the assembly defines an elongated vacuum-tight chamber 28 extending between the rear end 16 and front end 20 of the system. This housing is divided into three coaxial sections.

即ち、最後方チャンバーセクション34、中間制御セク
ション36そして最前方セクション38である。全体を
40で示す真空ポンプのような装置により全チャンバー
からその内部ガスを排出する。
namely, the rearmost chamber section 34, the intermediate control section 36, and the forwardmost section 38. A device such as a vacuum pump, generally designated 40, evacuates all chambers of their internal gases.

電子銃42をチャンバーセクション34の後端16近く
に配置し、連続的に広がる電子ビーム44をつくり、そ
してチャンバーセクション34を通じてビームを制御チ
ャンバー36へ向ける。中間制御チャンバーセクション
36はアセンブリの前方セクション38を通じて電子ビ
ーム44を掃引するようにして曲げ、そしてX線を発生
させるためターゲット50に収束させる。詳しく言えば
、制御チャンバー上クシ9ン36は42束コイル46と
偏向コイル48とを含み、これらはセクション34から
の入射ビームを曲げ最前方チャンバーセクション38に
入れる。同時に、コイルはビームスポットとし、このビ
ームスポットはチャンバ−セクション38の前方端20
のX線ターゲット50に受けとられる。発生したX線は
ディテクタアレー14により検出され、その出力データ
は第1図で矢22により示されるコンピュータ処理部へ
送られ、そこでそのデータは処理されそして記録される
。コンピュータは、第1図で矢24により示されるよう
に電子ビーム生成・制御アセンブリ12を制御する手段
を含んでいる。
An electron gun 42 is positioned near the rear end 16 of chamber section 34 to create a continuously expanding electron beam 44 and direct the beam through chamber section 34 to control chamber 36 . An intermediate control chamber section 36 sweeps and bends the electron beam 44 through the front section 38 of the assembly and focuses it on a target 50 to generate x-rays. Specifically, the control chamber upper comb 36 includes a 42-bundle coil 46 and a deflection coil 48 that bend the incoming beam from section 34 into the forwardmost chamber section 38 . At the same time, the coil provides a beam spot which is located at the forward end 20 of the chamber section 38.
is received by the X-ray target 50. The generated X-rays are detected by detector array 14, and the output data is sent to a computer processing section, indicated by arrow 22 in FIG. 1, where it is processed and recorded. The computer includes means for controlling the electron beam generation and control assembly 12 as indicated by arrow 24 in FIG.

電子ビームとシステム10の使用分野−臨床診断−と、
X線から得られる診療データは電子ビームオプティクス
の収差に非常に影響される。このため理想的な電子ビー
ムオプテイクスからの偏差があればそれを排除すること
が非常に望ましい。
Field of use of the electron beam and system 10 - clinical diagnosis - and
Medical data obtained from X-rays is highly influenced by aberrations of electron beam optics. It is therefore highly desirable to eliminate any deviations from ideal electron beam optics.

システムビームオプテイクスがほぼ完全であるからには
偏向コイルの磁界ができるだけ純粋なダイポールフィー
ルドに近似していなければならなし)。
Since the system beam optics are nearly perfect, the deflection coil magnetic field must approximate as closely as possible a pure dipole field.)

このような要請があるので、本発明のμ的は、磁界の大
きさと方向とが不均一でも許容できる程度に小さく、そ
してその結果として非常に高品質の走査ビームスポット
を生じる偏向磁石を提供することにある。
In view of this need, it is an object of the present invention to provide a deflection magnet in which non-uniformities in magnetic field magnitude and direction are acceptably small, resulting in a very high quality scanning beam spot. There is a particular thing.

これに並行する目的として、入射電子ビームを掃引する
偏向磁石アセンブリであって、磁石軸の周りの偏向面の
回転を許して電子ビームを制御できるよう掃引する偏向
磁石アセンブリを提供する。
A parallel object is to provide a deflection magnet assembly for sweeping an incident electron beam, the deflection magnet assembly being capable of sweeping an incident electron beam to permit rotation of a deflection surface about a magnet axis to control the electron beam.

本発明の更に別の目的は、軸に垂直な面を横切って磁界
が一様であり、そして磁界の方向はこの面内にあり、そ
して空間的に一定しており、そして軸の周りで時間につ
れて回転することができる上述のタイプの偏向磁石アセ
ンブリを提供することである。
Yet another object of the invention is that the magnetic field is uniform across the plane perpendicular to the axis, and the direction of the magnetic field is in this plane and is constant in space and in time around the axis. The object of the present invention is to provide a deflection magnet assembly of the type described above, which can be rotated as the rotation speed increases.

純粋なダイポールフィールドの大きさと方向とに近似し
た磁界の大きさと方向とを生じるような形とした磁気コ
イルアセンブリである偏向磁石により前記のそしてその
他の目的は達成される。
These and other objects are accomplished by a deflection magnet, which is a magnetic coil assembly shaped to produce a magnetic field magnitude and direction that approximates that of a pure dipole field.

即ち、そのアセンブリに使用されるコイルの巻回数、コ
イル半径そして巻回とコイル端接続の角度位置は、次式
の磁界の大きさに近似するよう設計されている。
That is, the number of turns of the coil used in the assembly, the coil radius, and the angular position of the turns and coil end connections are designed to approximate the magnitude of the magnetic field expressed by the following equation.

1Bl=  f■]7〒15”=Bo    (1)磁
界の方向と座標r、θ、φとには関係なく、ビームを含
む円筒内ではBoはどこでも一定である。
1Bl=f■]7〒15''=Bo (1) Regardless of the direction of the magnetic field and the coordinates r, θ, and φ, Bo is constant everywhere within the cylinder containing the beam.

Bx/By= −tan  e       (2)−
tanφはrとθとには、無関係である。(座標系とr
、0そしてφとは第3.4図に示す)。
Bx/By=-tan e (2)-
tanφ is unrelated to r and θ. (Coordinate system and r
, 0 and φ are shown in Figure 3.4).

偏向磁石の実施例において、各コイルの非回転磁界の不
変性に対する、そして偏向面内の回転磁界の不変性に対
する誤差式によりさだまる許容値を満足するようコイル
巻回の総数と各巻回の間隔とは選択されている。
In the embodiment of the deflection magnet, the total number of coil turns and the spacing between each turn are determined so as to satisfy the tolerances determined by the error formulas for the constancy of the non-rotating magnetic field of each coil and for the constancy of the rotating magnetic field in the deflection plane. is selected.

更に別の観点から見れば、偏向磁石は、巻線により生じ
る磁界を増大し、そして閉じ込める磁気シールドを含み
、外部磁界からその磁石内部の領域を遮蔽し、そしてX
コイル巻線と7349巻線の実効半径を等化するように
している。シールドのこの等化作用は、Xコイル巻線の
半径axと7349巻線の半径ayの相違を補償して、
それにより異なるコイル半径を採用できるようにしてコ
イル構造を簡単化している。以下に添付図を参照して本
発明の詳細な説明する。
Viewed from a further point of view, a deflection magnet includes a magnetic shield that increases and confines the magnetic field produced by the windings, shields the region inside the magnet from external magnetic fields, and
The effective radii of the coil winding and the 7349 winding are made equal. This equalizing action of the shield compensates for the difference between the radius ax of the X coil winding and the radius ay of the 7349 winding,
This simplifies the coil structure by allowing different coil radii to be employed. The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

本発明の特徴を具現したコイル磁石アセンブリ49の実
施例の略図を、第7図に平面図として、そして第8図に
断面図として示す。本発明をコンピュータを使用した断
層スキャナに使用するとして説明するけれども、一般に
偏向磁石に適用でき、そして帯電粒子ビームを掃引する
場合に適用できる。磁石アセンブリ49の形態により、
即ち導線巻回tの角度分布θt;全巻回数t;各導線の
巻回の軸方向にのびる部分の間の端接続の形、例えばO
tとπ−Otの軸方向のコイル部分の間の端接続と、O
tとπ−θtの軸方向のコイル部分の間の端接続と、−
Otと−(π−0t)との間の端接続の形(第4図参照
)により、そして異なるコイルの実効半径の均等化によ
り所望の磁界の大きさと方向特性に決めれる。更に、非
常に透磁率の高いシールド59は外部磁界から磁石内部
領域を遮蔽し、そして巻線により生じる磁界を閉じ込め
る。
A schematic illustration of an embodiment of a coil magnet assembly 49 embodying features of the invention is shown in plan view in FIG. 7 and in cross-section in FIG. Although the invention is described as being used in a computer-based tomographic scanner, it is generally applicable to deflection magnets and to sweeping charged particle beams. Depending on the configuration of the magnet assembly 49,
That is, the angular distribution θt of the conductor windings t; the total number of turns t; the shape of the end connection between the axially extending portions of each conductor winding, e.g.
The end connections between the axial coil sections of t and π-Ot and O
an end connection between the axial coil portions of t and π-θt, and -
By the shape of the end connection between Ot and -(π-0t) (see FIG. 4) and by equalizing the effective radii of the different coils, the desired magnetic field magnitude and directional characteristics can be determined. Furthermore, a highly permeable shield 59 shields the internal region of the magnet from external magnetic fields and confines the magnetic field generated by the windings.

磁石のシールドの設計と構造とによりコイルの半径を望
む通りに均等とすることができる。
The design and construction of the magnetic shield allows the radius of the coil to be as uniform as desired.

磁石アセンブリ49の構造の詳細を考察する前に、それ
の設計を十分に理解するためコイルの形態に具現した理
論を理解するのが有意義である。
Before considering the construction details of magnet assembly 49, it is useful to understand the theory embodied in the coil configuration in order to fully understand its design.

全システム10の理論は前述の米国特許出願に詳述され
ており、ここに繰り返す必要はない。ここで取り扱う理
論は偏向磁石の設計に関係するものである。
The theory of the entire system 10 is detailed in the aforementioned US patent application and need not be repeated here. The theory discussed here is relevant to the design of deflection magnets.

第3図を参照する。純粋なダイポールフィールドの特徴
を考えるのに有用な磁気コイルアセンブリ、例えばアセ
ンブリ49を非常に簡略化して示す。直交座標軸x、y
、zを適当に定め、これを参照して磁気コイルアセンブ
リを規定する。簡単のため、連続Xコイル51の1つと
2つの連続yコイル53−53の各々から1つのコイル
巻回を示している。これらのコイル巻回は、Z軸に平行
にのびる軸方向部分と各コイル巻回の2つの軸方向部分
を相互接続する端接続とを備えている。
See Figure 3. A magnetic coil assembly, such as assembly 49, is shown in a highly simplified manner useful for considering the characteristics of a pure dipole field. Cartesian coordinate axes x, y
, z are appropriately determined, and the magnetic coil assembly is defined with reference to this. For simplicity, one coil turn is shown from one of the continuous X coils 51 and one coil turn from each of the two continuous Y coils 53-53. These coil turns have an axial section extending parallel to the Z-axis and an end connection interconnecting the two axial sections of each coil turn.

各コイルの横断面はxy面に平行な面内にあり、そして
その中の半径の位置は極座標(r、θ)により表わされ
る。磁界の偏向面は磁界方向に垂直な面である。偏向の
面はφと2軸(円筒軸55)により表わされる。ここで
φはX軸と偏向面との間の角度である。(例えば、第4
図において、X軸は偏向面内にある。φ=0)各コイル
の電流工XとIyとはそれぞれ磁界BxとByをつくる
The cross section of each coil lies in a plane parallel to the xy plane, and the radial position therein is represented by polar coordinates (r, θ). The deflection plane of the magnetic field is a plane perpendicular to the direction of the magnetic field. The plane of deflection is represented by φ and two axes (cylindrical axis 55). Here, φ is the angle between the X axis and the deflection plane. (For example, the fourth
In the figure, the X-axis lies within the deflection plane. φ=0) The currents X and Iy of each coil create magnetic fields Bx and By, respectively.

もし各φと2軸とが偏向面を決めると、電流Ix=  
Io  sin(lφが磁界Bx==−Bo  sin
 φをつくり、そして電流Iy=Io  cosφが磁
界By=Bo  cosφをつくる。理想的にはその合
成磁界、B = B x + B yは有限の円筒磁石
の内側に純粋のダイポール磁界をつくり、そして外側は
磁界零である。即ち、磁界の大きさは、r、θ、2、φ
と関係なく一定であり、次式で与えられる。
If each φ and the two axes determine the deflection plane, the current Ix=
Io sin (lφ is the magnetic field Bx==-Bo sin
φ, and the current Iy=Io cosφ creates a magnetic field By=Bo cosφ. Ideally, the resultant magnetic field, B = B x + B y, creates a pure dipole magnetic field inside the finite cylindrical magnet, and the magnetic field is zero outside. That is, the magnitude of the magnetic field is r, θ, 2, φ
It is constant regardless of , and is given by the following equation.

1Bl=  v”F”;i下+By”=Bo    (
1)磁界方向はr、θ、2と関係ない(厳格に、閉じ込
め空間は円筒である必要はない) Bx/By=−tan  φ       (2)ビー
ムは最初Z軸に中心があって、そして偏向面へ近接して
いるので、対称性を考えると、磁界強度を望みどおり不
変とするにはBOがr、θ、φに無関係であることを確
実なものとすれば足りる。即ち、2につれてBOが変化
することは重要ではない。実際には、磁石の横断面内で
ビームが通る部分を横切って0.2%BOが変化するの
は許容できる。磁気コイルアセンブリ49において純粋
なダイポールフィールドを近似するには、式(1)と(
2)とに関連した条件が横断面毎にそして0.2%の精
度を満足することを必要としている。
1Bl= v”F”; i lower + By”=Bo (
1) The magnetic field direction is independent of r, θ, 2 (strictly, the confined space does not need to be cylindrical) Bx/By=-tan φ (2) The beam is initially centered on the Z axis, and then deflected Due to the proximity to the plane, symmetry considerations suffice to ensure that BO is independent of r, θ, and φ to keep the field strength as desired. That is, it is not important that BO changes with 2. In practice, a 0.2% BO variation across the beam path in the cross-section of the magnet is acceptable. To approximate a pure dipole field in the magnetic coil assembly 49, equations (1) and (
2) requires that the conditions associated with and be satisfied for each cross-section and with an accuracy of 0.2%.

以下に述べるように本発明の一特徴において、式(1)
、(2)に表わされる理想を所要精度、即ち0.2%の
許容値を満足する程度に磁気コイルアセンブリが近似す
るよう軸方向のコイル部分の角度位置θtを選択する。
As described below, in one feature of the present invention, formula (1)
The angular position θt of the coil portion in the axial direction is selected so that the magnetic coil assembly approximates the ideal expressed in (2) to the required accuracy, that is, to the extent that it satisfies a tolerance of 0.2%.

第4図の面内の非回転磁界に関連する次の実効誤差(R
MS誤差)と偏向面内の回転磁界に関連する次の実効誤
差が磁異軸55(第3図)上の磁界の値の0.2%を越
えないならば、0.2%の所要精度が得られる。
The following effective error (R
MS error) and the following effective errors associated with the rotating magnetic field in the deflection plane do not exceed 0.2% of the value of the magnetic field on the magnetic axes 55 (FIG. 3), the required accuracy of 0.2% is obtained.

非回転の場合のRMS誤差は、 (イ)コイルの対毎に別々に全方位角(0)にわたり、
そして特定半径にまでのすべての半径(r′)にわたっ
て平均した、横断面内の磁界の、軸上の値からのRMS
偏差であり。
The RMS error in the non-rotating case is: (a) Separately for each pair of coils over all azimuthal angles (0),
and the RMS from the on-axis value of the magnetic field in the cross section, averaged over all radii (r') up to the specified radius.
It is a deviation.

回転の場合のRMS誤差は、 (ロ)一緒に作用するコイルの2つの対について偏向面
を決める角φの全ての値にわたり、そして特定半径(r
)までのすべての半径(r′)にわたって平均した。任
意の横断面内の磁界の、軸上の値からのRMS偏差であ
る。
The RMS error in the case of rotation is (b) over all values of the angle φ that defines the plane of deflection for two pairs of coils acting together, and for a particular radius (r
) was averaged over all radii (r') up to It is the RMS deviation of the magnetic field in any cross section from its on-axis value.

勿論、0.2%の許容値と特定の最大半径rは他の応用
例では異なることもある。
Of course, the 0.2% tolerance and the particular maximum radius r may be different for other applications.

始まりとして、偏向磁石アセンブリ49の磁界を電子ビ
ームが出るところで磁界の均一性に対する要件は最も厳
しくなる。この状態はφ=0とした第4図で表わされて
いる。第4図の面内の非回転磁界の非均一性の定量測度
は上述の(イ)項のRMS誤差により与えられる。
To begin with, the requirements for magnetic field uniformity are most stringent where the electron beam exits the magnetic field of the deflection magnet assembly 49. This state is represented in FIG. 4 with φ=0. A quantitative measure of the non-uniformity of the non-rotating magnetic field in the plane of FIG. 4 is given by the RMS error in item (a) above.

ここで、aはコイルの半径;Bはr’、Oにおける磁界
の値;Boは原点の磁界の値;そしてrはビームが広が
る最大の極半径である。
where a is the radius of the coil; B is the value of the magnetic field at r', O; Bo is the value of the magnetic field at the origin; and r is the maximum polar radius at which the beam spreads.

この誤差を0.2%以下にすれば十分である。It is sufficient to keep this error to 0.2% or less.

ビーム路にわたり磁界の平均変動は0.1%程度であり
、そしてビームの偏向の大部分は小半径のところで発生
するので個々の電子の偏向は0.1%以下の変化である
The average variation of the magnetic field over the beam path is on the order of 0.1%, and since most of the beam deflection occurs at small radii, the deflection of individual electrons varies by less than 0.1%.

角度φが回転すると、偏向面内の磁界の変動の定量は、
上述の(ロ)項のRMS誤差により与この量は0.2%
以下でなければならない。
As the angle φ rotates, the quantification of the variation of the magnetic field in the plane of deflection is
The amount given by the RMS error in item (b) above is 0.2%.
Must be less than or equal to

誤差式(3)、(4)により表わされる量は、端効果を
考慮することなく、つまり無限長の偏向磁石の近似計算
を用いて算出するのが便利である。
It is convenient to calculate the quantities expressed by error formulas (3) and (4) without considering end effects, that is, by using approximate calculations for an infinitely long deflection magnet.

非回転磁界の均一性についての誤差の式(3)を考える
と(φ=O)、磁界をマルチポール又は多極展開として
記述するのが便利である。
Considering the error equation (3) for the homogeneity of a non-rotating magnetic field (φ=O), it is convenient to describe the magnetic field as a multipole or multipole expansion.

磁界の2n極成分は次式により与えられる。The 2n-pole component of the magnetic field is given by the following equation.

t=1 η=1/4πε Cは自由空間のインピーダンスである
(偶数の多極は対称により零である)。
t=1 η=1/4πε C is the free space impedance (even multipoles are zero due to symmetry).

理想的には、ダイポールの寄与分(n=1)は有限であ
り(S□≠0)、そして他の全ての多極は零である。こ
の場合B y = B o == S□=定数。
Ideally, the contribution of the dipole (n=1) is finite (S□≠0) and all other multipoles are zero. In this case B y = B o == S□ = constant.

磁界のこの多極展開を使用すると、次のようになる。Using this multipolar expansion of the magnetic field, we get:

一16= 偏向面内の回転磁界の不変性について次に誤差式(4)
を考えると、式(3′)に対応する多極式は、 ビームの形により決まるr / aの選択された値に対
し、そしてTの選択された値に対して今の問題は、式(
3′)と(4′)のための許容数値を与えるθtの値を
計算する方法を決めるということである。この問題を解
く6つの異なる方法があり、これを以下に説明する。
-16= Regarding the constancy of the rotating magnetic field in the deflection plane, the following error formula (4)
Considering that the multipole equation corresponding to equation (3') is: For a selected value of r/a determined by the beam shape, and for a selected value of T the problem now becomes the equation (
3') and (4') to determine the method of calculating the value of θt that gives acceptable values for (4'). There are six different ways to solve this problem, which are described below.

(イ)ゼロマルチプル解法(ZMS) S1≠0、そしてn=3.5.7−・・(2T+1)に
対して5n=Oとなるように導線角度を選択するという
のが(例えば、超伝導粒子ビームトランスポートマグネ
ットでは)普通である。
(a) Zero multiple solution method (ZMS) Selecting the conductor angle so that 5n=O for S1≠0 and n=3.5.7−...(2T+1) (for example, superconducting (for particle beam transport magnets) is common.

もしく r / a )の値が小さくて、第1の非零の
多2T+2 極の項に対しくr/a)   を無視できるのであれば
、この解法で十分である。
Alternatively, if the value of r/a) is small and r/a) can be ignored for the first nonzero multi-2T+2 pole term, this solution is sufficient.

スキャナーシステム10(第1図)において望ましいこ
とは、所与のコイル長とビーム路に対しコイル半径をで
きるだけ小さくして孔をできるだけ大きく使用できるよ
うにすることである。要するに、(r / a )が1
に近いことが望ましいのである(事実、選択された値は
r/a=0.867である)。この値の(r/a)に対
し2MS解法はT≦4に対しては不十分であった。T>
4に対してはこの解法によることはできなかった。T=
4ではOtの値は次のようになる。
In scanner system 10 (FIG. 1), it is desirable to have the coil radius as small as possible for a given coil length and beam path so that the aperture can be used as large as possible. In short, (r/a) is 1
(In fact, the chosen value is r/a=0.867). For this value of (r/a), the 2MS solution was insufficient for T≦4. T>
This solution could not be applied to 4. T=
4, the value of Ot is as follows.

他の解法としては次のものがある。Other solutions include:

   2T (ハ)黴疋vrm+a低朱糺旧−伊ESSS↓上t  
  1   2T t    2   2T (ホ)最小非回転誤差解法(MNRES)この解法にお
いてはOtのすべての値は独立して変化させてもよく、
そして式(3′)の大きさを最小とするようコンピュー
タプログラムによりOtの値は選択された。
2T (c) Mildew vrm + a low red paste - Italian ESSS ↓ upper t
1 2T t 2 2T (e) Minimum non-rotational error solution (MNRES) In this solution, all values of Ot may be changed independently,
The value of Ot was then selected by a computer program to minimize the magnitude of equation (3').

(へ) 小口  差 : MRES この解法は方法として(ホ)のMNRES解法に似てい
るが、式(4′)の大きさを最小とするようOtの値は
選択された。誤差式(3′)と(4′)の値は、T=4
として解法(イ)−(へ)について、そしてT=18と
して(ロ)−(へ)について表1に示している。r/a
=0.867に対する誤差1の大きさの簡単な算定は、
必要とされる磁界の均一性を得るにはTは少なくとも1
6でなければならないということを示した。後述するT
=18での算定は、T=18は必要とされる磁界の均一
性を与えるということを示した。
(e) Small difference: MRES This solution method is similar to the MNRES solution method in (e), but the value of Ot was selected to minimize the magnitude of equation (4'). The values of error formulas (3') and (4') are T=4
Table 1 shows the solution (a)-(e) as T=18, and the solution (b)-(e) as T=18. r/a
A simple calculation of the magnitude of error 1 for =0.867 is:
T must be at least 1 to obtain the required magnetic field homogeneity.
It showed that it must be 6. T described later
Calculations with T=18 showed that T=18 gives the required field homogeneity.

(勿論、(ロ)、(ハ)を含む解の連続体があり、そし
て(ホ)、(へ)を含む別の解の連続体がある。)Ot
の値を18巻回での各解法について表2に示す。
(Of course, there is a continuum of solutions that includes (b) and (c), and there is another continuum of solutions that includes (e) and (e).) Ot
The values of are shown in Table 2 for each solution with 18 turns.

4巻回の結果(表1)は、零マルチポール解が明らかに
すべての他の解よりも劣っており、そしてそれ故この解
法はそれ以上続けて実施することはしなかった。18巻
回の結果は、すべての場合において、非回転磁界の均一
性が最もクリティカルであるということを示している。
The 4-turn results (Table 1) show that the zero multipole solution is clearly inferior to all other solutions, and therefore this solution was not carried out further in a row. The results for 18 turns show that in all cases the uniformity of the non-rotating magnetic field is most critical.

この適用例では18巻回を選択した。すべての解につい
てRMS誤差は許容でき、そして2X10−” (0,
2%)以下である。
In this application example, 18 turns were selected. The RMS error is acceptable for all solutions and 2X10−” (0,
2%) or less.

勿論、18巻回よりも大きな巻回は更に磁界の均一性を
増大するという観点からは望ましいが、X巻線と7巻線
の角度分離を次に考慮した。好ましい寸法(半径a牲1
2インチ)と構成方法とを採用して、Xとyの巻回の対
の最小の許容分離は〇、62°である。(これは純粋に
機械的な制約である。コイルの形を機械加工するには2
本のXとyの導線の最も接近した部分の間の最小分離と
して0.020インチを必要とするからである。
Of course, turns larger than 18 turns are desirable from the standpoint of further increasing the uniformity of the magnetic field, but the angular separation of the X and 7 turns was next considered. Preferred dimensions (radius a
2 inches) and construction method, the minimum allowable separation of a pair of X and y turns is 0.62°. (This is a purely mechanical constraint. To machine the shape of the coil,
This is because we require a minimum separation of 0.020 inches between the closest portions of the book's X and Y conductors.

別の製作法を採用すればこの制約を変えることができる
かもしれない。)各解法について18巻回で、最小角度
分離は表2に示されている。この要件では解法ESSS
とME S S S 2だけが許容される。
It may be possible to change this constraint by adopting a different manufacturing method. ) with 18 turns for each solution, the minimum angular separation is shown in Table 2. In this requirement, the solution ESSS
and ME S S S 2 are allowed.

茅LL 導線間隔に対し種々の解法を使用して長い円筒磁石につ
いて求めた磁界の非均一性(RMS誤差)式(3′) 
    式(4′) 生券阿 解法 (f)  MRES     2.I XIO””  
     5,19X10−”よ旦券皿 解法 人主 表1−の形態に対する導線位置(Otの値(度))18
巻回 2    4.780 4.665  4.746  
4.768 4.8483    7.984 7.8
68  7.949 .7.932 7.9204  
  1.1.212 11.095 11.177 1
1.143 10,9335    14.478 1
4.359 14.442 14.436 14.49
36    17.792 17.671 17.75
5 17.630 18.0237    21.16
g  21.046 21.132 2+、、100 
20.994g     24.624 24.498
 24.587 24.495 24.2509   
 28.179 28.049 28.140 27.
900 28.06310   31.855 31.
721 31.815 31.893 31.7341
1   35.685 35.544 35.643 
35.172 35.54112   39.709 
39.560 39.664 39.767 39.5
4613   43.983 43.824 43.9
35 43.382 43.6]114   48.5
90 48.417 48.538 4L5]7 48
.23015   53.664 53.47]、  
53.606 52.977 53.40516   
59.442 59.217 59.37459.21
,0 59.13317   66.444 66.1
58 66.358 65.391 65,36818
   76.464 75.983 76.3+8 7
5.927 76.268所与の半径に対し18巻回以
上では、どの解法もこの適用例では許容できない。実際
的理由から、即ち端接続を最適なものとするためESS
Sを実際に選択した。
Kaya LL Magnetic field non-uniformity (RMS error) equation (3') obtained for a long cylindrical magnet using various solution methods for the conductor spacing
Formula (4') Raw ticket method (f) MRES 2. I XIO""
5,19X10-” conductor position (Ot value (degrees)) for the form of main table 1-”18
Winding 2 4.780 4.665 4.746
4.768 4.8483 7.984 7.8
68 7.949. 7.932 7.9204
1.1.212 11.095 11.177 1
1.143 10,9335 14.478 1
4.359 14.442 14.436 14.49
36 17.792 17.671 17.75
5 17.630 18.0237 21.16
g 21.046 21.132 2+,, 100
20.994g 24.624 24.498
24.587 24.495 24.2509
28.179 28.049 28.140 27.
900 28.06310 31.855 31.
721 31.815 31.893 31.7341
1 35.685 35.544 35.643
35.172 35.54112 39.709
39.560 39.664 39.767 39.5
4613 43.983 43.824 43.9
35 43.382 43.6] 114 48.5
90 48.417 48.538 4L5]7 48
.. 23015 53.664 53.47],
53.606 52.977 53.40516
59.442 59.217 59.37459.21
,0 59.13317 66.444 66.1
58 66.358 65.391 65,36818
76.464 75.983 76.3+8 7
5.927 76.268 Above 18 turns for a given radius, no solution is acceptable for this application. For practical reasons, i.e. to optimize the end connections, ESS
I actually chose S.

要するに、−組の可能な解法では、各コイルの軸方向部
分60の角度位置θtが T に従って選択されている。パラメータδは、(1)(コ
イルアセンブリ49の図示の実施例ではr/a = 0
 、867 、 T = 18 )非回転の場合におけ
る既述のRMS誤差を最小とする値として; (2)(
再び、図示の実施例で、r/a=0.867゜T=18
)回転の場合における既述のRMS誤差を最小とする値
として;又は(3)δ=Oとして選択される。これらの
うちで、最後の2つは許容できるものである。この最後
の値(このタイプの最もコンパクトな解である)を以下
に詳しく説明する。これらすべて3つの処方は、両RM
S誤差が0.2%に等しいか、これよりも小さいという
限界を満足している。勿論(例えば、導線の直径が小さ
い、又は、コイルの直径が大きいというような)コイル
パラメータにより異なるが、Otの値を選択するときE
SSS解を除いて、又はこれに加えてその他の解の1つ
又はそれ以上を適用し得る。これらの解に含まれる一群
は、各コイルの軸方向部分60の角度位置Otを、非回
転磁界に対しての既述のRMS誤差又は回転磁界に対し
ての既述のRMS誤差を最小とするよう変えれる独立パ
ラメータTとして扱える。
In short, in the -set of possible solutions, the angular position θt of the axial portion 60 of each coil is selected according to T. The parameter δ is (1) (r/a = 0 in the illustrated embodiment of the coil assembly 49
, 867, T = 18) as the value that minimizes the aforementioned RMS error in the non-rotating case; (2) (
Again, in the illustrated example, r/a=0.867°T=18
) as the value that minimizes the aforementioned RMS error in the case of rotation; or (3) as δ=O. Of these, the last two are acceptable. This last value, which is the most compact solution of this type, is detailed below. All three formulations are both RM
The limit that the S error is equal to or less than 0.2% is satisfied. Of course, it depends on the coil parameters (e.g., small wire diameter or large coil diameter), but when choosing the value of Ot, E
One or more of the other solutions may be applied in addition to or in addition to the SSS solution. A set of these solutions includes the angular position Ot of the axial portion 60 of each coil that minimizes the stated RMS error for a non-rotating magnetic field or the stated RMS error for a rotating magnetic field. It can be treated as an independent parameter T that can be changed as follows.

第7図に示す平面図と第8図に示す部分の断面図を参照
する。本発明の磁気コイルアセンブリ49に上述の理論
R85S解とが実施されている1コイルアセンブリは樹
脂含浸ファイバーガラスのような誘電材料の円筒コイル
フオーム57(第8図)とその上にかぶさる磁気シール
ド59(第7図)とを備える。コイルフオーム57は3
6個のスロット61−61をそれぞれXl−X36で示
すようにそれの外面に切るか、又はその他の方法でつく
ってXコイル51の同じ識別記号の軸方向部分を受ける
ようにする。(コイルフオームの半分だけを示す。) 同様に、フオーム57はそれぞれY19−YB2の符号
を付された36個のスロット63−63を有し、それぞ
れは、特定のXコイルの軸方向部分を受は入れる。コイ
ルアセンブリは18巻回の2個のXコイル51と、18
巻回のXコイル53とを有し、それぞれは、所与の半径
に対する第3.4図の形態と位置と解T=18に従って
約180’の弧にまたがっている。Xコイルは相互に隣
り合っていて、そして約360°の弧にまたがっている
。Xコイルについてもこのことは同じである。Xコイル
とXコイルとは相互に90°回転しており、そしてXコ
イルは以下に説明するように、Xコイルよりもいくらか
半径が大きくなっている。
Please refer to the plan view shown in FIG. 7 and the sectional view of the portion shown in FIG. The magnetic coil assembly 49 of the present invention implements the theoretical R85S solution described above.One coil assembly includes a cylindrical coil form 57 (FIG. 8) of dielectric material, such as resin-impregnated fiberglass, and an overlying magnetic shield 59. (Fig. 7). Coil form 57 is 3
Six slots 61-61 are each cut or otherwise created in its outer surface as indicated by Xl-X36 to receive the like-identified axial portions of the X-coil 51. (Only half of the coil form is shown.) Similarly, the form 57 has 36 slots 63-63, respectively labeled Y19-YB2, each receiving an axial portion of a particular X coil. I'll put it in. The coil assembly consists of two 18-turn X coils 51 and 18
X coils 53 of turns, each spanning an arc of about 180' according to the configuration and position of FIG. 3.4 and solution T=18 for a given radius. The X coils are adjacent to each other and span an arc of approximately 360°. This also applies to the X coil. The X-coil and the X-coil are rotated 90 degrees with respect to each other, and the X-coil has a somewhat larger radius than the X-coil, as explained below.

12.375インチの外直径のコイルフオーム57にコ
イルのスロット61を0.375インチの深さに、そし
てコイルのスロット63を0゜250インチの深さに切
って、平均半径ax−12,055インチのXコイル5
1の軸方向部分と平均半径ay=12.180インヂの
Xコイル53の軸方向部分とを精確に配置する。導線の
直径は0.109インチである。Xコイルは、半径が小
さいということと、コイルフオーム57」二で900ず
らして配置しているということを除けばXコイルと本質
的に同じである。
Coil form 57 with an outside diameter of 12.375 inches is cut with coil slots 61 to a depth of 0.375 inches and coil slots 63 to a depth of 0°250 inches, with an average radius ax-12,055. inch x coil 5
1 and the axial portion of the X-coil 53 with an average radius ay=12.180 inches. The diameter of the conductor wire is 0.109 inches. The X-coil is essentially the same as the X-coil except that the radius is smaller and the coil forms are offset by 900 degrees.

第9図に示すように、円筒軸55に平行でそして端接続
67により接続されている、それぞれXl−X36 (
そしてX37−X72、Y19−Y54、Y55−Y1
8)と記された、軸方向部分60の連続アレーの形にコ
イルの各々を配置する。
Xl-X36 (
And X37-X72, Y19-Y54, Y55-Y1
8) Arrange each of the coils in a continuous array of axial sections 60, marked 8).

端接続により生じる磁界分布が巻線の軸方向部分により
生じる磁界分布と同じ高周波スペクトル記述されるよう
に、理想的にコイル端部分67=67を設計する。円筒
表面上の巻線の分布が理想的である場合(有限のダイポ
ール、他のすべてのマルチボールは零)、この結果を達
成する方法はパーティクルアクセラレータ(Parti
cle Acce−1erators)、5,227.
1973の「磁石コイル端の設計のための磁束理論」、
ミルズとモーガン、に説明されている。有限の巻回数へ
適用できるこの形は18コイル巻回のうちの4巻回に対
して第5.6図に略図的に示されている。偏向磁石コイ
ルアセンブリ49へ適用されるとき、その円筒を第6図
に示すように広げると、各軸方向のコイル部分60と端
接続67との相互接続部分71が画く曲線69は端接続
67に対し対称である。更に、各端接続67は軸方向の
コイル部分60に対して角度αをなしており、この角度
は曲線69と軸方向のコイル部分60とのなす角βに等
しい。
Ideally, the coil end portions 67 = 67 are designed such that the magnetic field distribution caused by the end connections has the same high frequency spectral description as the magnetic field distribution caused by the axial portion of the winding. If the distribution of windings on the cylindrical surface is ideal (finite dipoles, all other multiballs are zero), a way to achieve this result is by particle accelerators (Parti
cle Acce-1erators), 5,227.
1973 “Magnetic Flux Theory for the Design of Magnet Coil Ends”,
Described by Mills and Morgan. This configuration, applicable to a finite number of turns, is shown schematically in Figure 5.6 for 4 of the 18 coil turns. When applied to the deflection magnet coil assembly 49, when the cylinder is unfolded as shown in FIG. It is symmetrical. Furthermore, each end connection 67 makes an angle α with respect to the axial coil portion 60, which angle is equal to the angle β between the curve 69 and the axial coil portion 60.

第5図の部分略図に示す側面から見て、コイルがコイル
フオーム57に配置されるとき曲線69と端接続67と
は直線であり、これらは各相互接続71とそれの端接続
とに対し等しい値をとる等しい角度を決めている。十分
に大きな巻回数に対して、この形の理想的な数学的特性
は、巻線の軸方向部分により生じる磁界の均一性と同じ
精度で近似される。
Viewed from the side shown in the partial schematic diagram of FIG. 5, the curve 69 and the end connections 67 are straight lines when the coil is placed in the coil form 57, and these are equal for each interconnect 71 and its end connections. We are determining equal angles that take values. For a sufficiently large number of turns, the ideal mathematical properties of this form are approximated with the same precision as the homogeneity of the magnetic field produced by the axial portion of the winding.

円筒の」二部において巻回毎に利用できる軸方向スペー
ス、ΔZ(第6図)が一定であるすべての等間隔正弦解
法(口、ハそして二)に前述の形態はよく適合する。事
実、もしΔZを導線直径と同じにしてすべての巻回がコ
イルの端に接触するとこのタイプの最もコンパクトな解
を得る。端接続が理想的な磁線の内側に正確に入ってい
るこの解は上に述べた等間隔正弦解(ロ)である。それ
故、この解(δ=O)は0.109インチの導線の直径
Δ2と18巻回のコイルを使用すれば、採用できる。こ
の解は、表2の第1欄が与えるOtの値で第7.9そし
て10図に示されているものである。
The configuration described above is well suited to all equidistant sine solutions (1, 2 and 2) where the axial space available per turn in the 2nd part of the cylinder, ΔZ (FIG. 6), is constant. In fact, we obtain the most compact solution of this type if we make ΔZ the same as the conductor diameter so that all turns touch the ends of the coil. This solution, in which the end connections are exactly inside the ideal magnetic line, is the equally spaced sine solution (b) mentioned above. Therefore, this solution (δ=O) can be adopted using a conductor diameter Δ2 of 0.109 inches and a coil of 18 turns. This solution is shown in Figures 7.9 and 10 with the value of Ot given by the first column of Table 2.

第9図と第10図、並びに第7図を参照する。Please refer to FIGS. 9 and 10 and FIG.

コイルアセンブリ49の実例において、XコイルとXコ
イルの端接続6フー67は、フオーム57=28− へXコイルを適用し、適当な長さの端接続スペーサ75
−75を使用し、そして保持スペーサ7フー77を使用
し、それらのすべてをコイルフオームの周縁端部のスロ
ット79(これは中心のコイルフオームと異なり、それ
自体スロットを含まない)へ接着させることによりつく
られている。スペーサ75−75はコイル端部6フー6
7の上述の所定の形を決めている。Xコイルとそれに関
連したスペーサをコイルフオームへ取付けてから、エポ
キシ樹脂のような液体誘電材料のコーティング81(第
10図)を塗布し、そして硬化してXコイルを絶縁し、
そしてXコイルスロット63−63と同じ高さにXコイ
ルのための滑らかなベースをつくる。こうして、適当な
寸法とした端部スペーサ75−75と保持スペーサ7フ
ー77とが適用され、それに続いてXコイルを配置し、
そして上述のエポキシ樹脂材料のような別の絶縁層83
を設ける。コイルアセンブリは後述する磁気シールド5
9を適用できる準備がなされ、その後ファイバーガラス
のテープや他の適当な媒体の仕上げ絶縁被覆(図示せず
)を施す。
In the example of the coil assembly 49, the X coil and the end connection 67 of the
-75 and retaining spacers 77 and gluing them all into slots 79 at the peripheral end of the coil form (which, unlike the central coil form, does not itself contain slots). It is made by. Spacer 75-75 is the coil end 6 6
The above-mentioned predetermined shape of 7 is determined. After attaching the X-coil and its associated spacer to the coil form, a coating 81 (FIG. 10) of liquid dielectric material, such as an epoxy resin, is applied and cured to insulate the X-coil;
and create a smooth base for the X coil at the same height as the X coil slots 63-63. Thus, appropriately sized end spacers 75-75 and retaining spacers 77 are applied, followed by placement of the X-coil,
and another insulating layer 83 such as the epoxy resin material mentioned above.
will be established. The coil assembly includes a magnetic shield 5, which will be described later.
9 is then prepared for application, followed by a final insulation coating (not shown) of fiberglass tape or other suitable medium.

第7図を参照する。磁気シールド59は高透磁率の材料
の、内半径Rの円筒であり、これはコイルフオームの外
側にあって3つの機能を果す。
Please refer to FIG. The magnetic shield 59 is a cylinder of high permeability material with an inner radius R, which is outside the coil form and serves three functions.

即ち、(1)外部磁界から内部のコイルアセンブリ領域
を遮蔽する; (2)巻線により生じる磁界を増大させ
、そして封じ込める;そして(3)異なる半径8xとa
yとを有するX巻線と7巻線の実効半径を同じにする。
That is, (1) shielding the inner coil assembly region from external magnetic fields; (2) increasing and confining the magnetic field produced by the windings; and (3) different radii 8x and a.
The effective radius of the X winding and the 7th winding with y are the same.

項(3)の半径均等化は新規性あるものと考える。この
新規な機能を満足させる規格に従って磁気シールド59
を構成すると、遮蔽機能と磁界増大と閉じ込め機能とは
それにより得られるようになる。以前は、異なる巻線を
空間的に混合することにより磁石の設計は、必要な同じ
半径を巻線において達成していた。本発明では磁気シー
ルド59を両コイルの外側に配置し、そして半径の実際
の大きさは異なるけ九ども、はり等しい実効コイル半径
をつくっている。かくして、一方のコイルを他方のコイ
ルの外側に巻いて、構造をかなり簡単にすることができ
る。これが、XコイルをXコイルの外側に巻いて、Xコ
イルとXコイルとを受入れるみぞを有するコイルフオー
ム57の、既に説明した、使用の基本である。フオーム
57は、コイル巻線の角度位置を確立するため精確な位
置にみぞを形成し易い物である。更に、コイルの実際の
半径aXとayとはコイルフオームのスロワ1〜により
精確に決められ、そして制御され、その精確に決められ
たコイルの半径は次の設計原理と関連して使用されて同
じ実効半径a FETを与える。
We believe that the radius equalization in term (3) is novel. Magnetic shielding 59 according to standards to satisfy this new function
, the shielding function, magnetic field increase, and confinement function can be obtained thereby. Previously, magnet designs achieved the required same radius in the windings by spatially mixing different windings. In the present invention, a magnetic shield 59 is placed on the outside of both coils, creating substantially equal effective coil radii, although the actual sizes of the radii are different. Thus, one coil can be wound outside the other, simplifying the construction considerably. This is the basis of the already described use of the coil form 57, with the X coil wrapped around the outside of the X coil and the coil form 57 having a groove for receiving the X coil. The form 57 is amenable to forming grooves at precise locations to establish the angular position of the coil windings. Furthermore, the actual radii of the coils aX and ay are precisely determined and controlled by the coil form thrower 1~, and the precisely determined coil radii are used in conjunction with the following design principles and are the same. Give the effective radius a FET.

シールド材料のはゾ無限の透磁率という条件が満足され
たとし、もしコイルが半径aの円筒に巻かれ、そしてシ
ールドの内半径がR(a<R)とすると、コイル電流の
鏡像電流はR”/aの半径の処にある。コイル電流と鏡
像電流とにより生じるダイポール磁界は[1+(a/R
)”コ/aに比例する。シールドとコイルの半径の差Δ
R=a−Hについてa=R−ΔRであり、そして実効半
径は次のようになる。
Assuming that the condition of infinite magnetic permeability of the shield material is satisfied, if the coil is wound into a cylinder of radius a, and the inner radius of the shield is R (a < R), then the mirror current of the coil current is R ”/a. The dipole magnetic field generated by the coil current and mirror current is [1+(a/R
)” is proportional to ko/a. Difference between the radius of the shield and the coil Δ
a=R-ΔR for R=a-H, and the effective radius is:

a      =   R[1−1/2  (AR/R
)2 +  、、、コ (11)FF 31一 式(11)に従うコイルでは、この式から決定される実
効半径における差は無視できる。即ちそれは物理的半径
における実際の差よりもはるかに小さい。
a = R[1-1/2 (AR/R
)2 + , , ko (11) For a coil according to the FF 31 set (11), the difference in the effective radius determined from this equation is negligible. That is, it is much smaller than the actual difference in physical radius.

説明のため本発明のシールド59とXコイルとYコイル
の実例を考えてみる。式(1])を満足するため、磁気
シールド材料は非常に透磁率の高い磁性材料であって、
例えばペンシルバニア、ピッツバーグ、アレニーラドラ
ムスチールコーポレーションがモリパーマロイの商品名
で販売している磁性材料である。シールドの寸法は、そ
の透磁率がモリパーマロイの最大値、300,000な
いし500,000に近く、式(11)が有効であるに
十分な大きさの値に近くなるよう選択される。
For purposes of explanation, consider an example of the shield 59, X coil, and Y coil of the present invention. In order to satisfy formula (1), the magnetic shielding material is a magnetic material with very high magnetic permeability,
An example is the magnetic material sold under the trade name Molypermalloy by Arenilla Drum Steel Corporation of Pittsburgh, Pennsylvania. The dimensions of the shield are chosen such that its magnetic permeability is close to the maximum value of molypermalloy, 300,000 to 500,000, a value large enough for equation (11) to be valid.

磁性材料は、厚みo、o o sインチ、巾0.25イ
ンチのテープを、渦電流を減少するため、向きを層毎に
交互にして重ねてらせん状に12層に巻いて成る。内側
のシールド半径Rは12.375インチであり、Xコイ
ルのΔRxの値は0.320インチであり、そしてXコ
イルの△Ryの値は0゜195インチである。すなわち
、平均コイル半径ayは12.180インチであり、そ
してaxは12.055インチである。実際の半径ax
とayの差百分率(ay−axにより与えられる)は1
.03パーセントであった。これと対照的に、その対応
a EFFの差は式(11)の括弧の項の差、すなわち
、0.99967−0.99988により決定される。
The magnetic material was formed by spirally wrapping 12 layers of tape with a thickness of 0.000 s and a width of 0.25 in. with alternating orientation layer by layer to reduce eddy currents. The inner shield radius R is 12.375 inches, the value of ΔRx for the X coil is 0.320 inches, and the value of ΔRy for the X coil is 0°195 inches. That is, the average coil radius ay is 12.180 inches and ax is 12.055 inches. actual radius ax
The percentage difference between and ay (given by ay-ax) is 1
.. It was 0.3%. In contrast, the difference in the corresponding a EFF is determined by the difference in the parenthetical terms of equation (11), ie, 0.99967-0.99988.

こうして、XコイルとXコイルの実効半径は、実際の半
径における1、03パーセン1〜の差にもかかわらず、
僅か0.021パーセント異なるだけである。実際に、
このユニークな磁気遮蔽技術により、コイルとそれの半
径とを非常に精確に決められるようにする簡単な構成を
使用して、必要とする等しい実効コイル半径が実現され
るのである。
Thus, the effective radius of the X coil and the
It differs by only 0.021%. actually,
This unique magnetic shielding technique allows the required equal effective coil radius to be achieved using a simple configuration that allows the coil and its radius to be determined very precisely.

T=18に対して本文に説明した解は、偏向コイルの寸
法、すなわち約12インチの直径について求められたの
であるということを当業者は理解するであろう。直径を
増大(又は減少)すると、その最良のダイポールの解に
おける最適巻回数は増大(減少)することになろう。し
かし、その適当な解を求めるのは説明したのと全く同じ
であり、容易に求めることができよう。その解は勿論、
コイルアセンブリ49の軸方向の長さにより影響される
ことはない。
Those skilled in the art will appreciate that the solution described herein for T=18 was determined for the deflection coil size, approximately 12 inches in diameter. Increasing (or decreasing) the diameter will increase (decrease) the optimal number of turns in the best dipole solution. However, finding the appropriate solution is exactly the same as explained above, and can be found easily. The solution is, of course,
It is not affected by the axial length of the coil assembly 49.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、排気したビームチャンバー内で電子ビームを
生成し、制御するためのアセンブリを利用したコンピュ
ータ使用の断層X +ヘランスミッションスキャニング
システムを示す斜視図である。 第2図は、第1図のシステムの横断面図である。 第3図は、本発明の改良型磁気コイルの全体の形を示し
ている。 第4図は、偏向面が、φ=O(Xコイル)であるコイル
を示す、第3図の磁気コイルの軸に垂直な横断面を示す
。 第5図は1本発明を具現したコイル端接続の形と間隔と
をコイルを巻いた(円筒状とした)状態で示し、そして 第6図は、展開した状態で示している。 第7図は本発明の特徴を有する磁気コイルアセンブリの
部分の平面図であり、そして第8図は横断図面である。 第9図は、コイルを展開して明示している第7図の一部
分の拡大図であって、コイルの端の取付構成の詳細を示
している。 第10図は、第7図の一部分の拡大図であり、コイルの
端数付配置に使用するスペーサを示している。 図中: 10・・・断層X線トランスミッション走査システム 12・・・電子ビーム生成・制御アセンブリ14・・・
ディテクターアレー ]6・・・走査システムの後端 20・・・走査システムの前端 28・・・チャンバー 34・・・最後方チャンバーセクション36・・・最前
方チャンバーセクション42・・・電子銃 44・・・電子ビーム 46・・・収束コイル 48・・・偏向コイル 49・・・偏向磁石コイルアセンブリ 50・・・ターゲット 51・・・Xコイル 531・・Xコイル 55・・・円筒軸(磁界軸) 57・・・円筒コイルフオーム 59・・・磁気シールド 60・・・軸方向のコイル部分 61・・・スロット(Xi−X、36)63・・・スロ
ット(Y 19− Y 54− )67・・・端接続 71・・・相互接続 75・・・端接続スペーサ 77・・・保持スペーサ 79・・・スロット 81・・・接着コーティング 83・・・絶縁層 a・・・・コイル半径 B・・・・磁界の値 Bo・・・原点の磁界の値 r・・・・ビームの最大半径
FIG. 1 is a perspective view of a computer-based tomographic X+ Herans mission scanning system utilizing an assembly for generating and controlling an electron beam within an evacuated beam chamber. FIG. 2 is a cross-sectional view of the system of FIG. FIG. 3 shows the overall shape of the improved magnetic coil of the present invention. FIG. 4 shows a cross section perpendicular to the axis of the magnetic coil of FIG. 3, showing a coil whose deflection plane is φ=O (X coil). FIG. 5 shows the shape and spacing of the coil end connections embodying the present invention in the coiled (cylindrical) state, and FIG. 6 shows the coil in the unfolded state. FIG. 7 is a plan view and FIG. 8 is a cross-sectional view of a portion of a magnetic coil assembly having features of the present invention. FIG. 9 is an enlarged view of a portion of FIG. 7 showing the coil unfolded, showing details of the attachment configuration of the end of the coil. FIG. 10 is an enlarged view of a portion of FIG. 7, showing spacers used in the fractional arrangement of the coils. In the figure: 10... Tomographic X-ray transmission scanning system 12... Electron beam generation and control assembly 14...
Detector array] 6... Rear end of scanning system 20... Front end of scanning system 28... Chamber 34... Rearmost chamber section 36... Forwardmost chamber section 42... Electron gun 44...・Electron beam 46...Focusing coil 48...Deflection coil 49...Deflection magnet coil assembly 50...Target 51...X coil 531...X coil 55...Cylindrical axis (magnetic field axis) 57 ... Cylindrical coil form 59 ... Magnetic shield 60 ... Axial coil portion 61 ... Slot (Xi-X, 36) 63 ... Slot (Y 19- Y 54- ) 67 ... End connection 71...Interconnection 75...End connection spacer 77...Holding spacer 79...Slot 81...Adhesive coating 83...Insulating layer a...Coil radius B... Magnetic field value Bo...Magnetic field value at the origin r...Maximum radius of the beam

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)コンピュータを使用した断層スキヤナのような電
子ビームシステムにおける入射電子ビームを調整偏向す
る磁気コイルアセンブリにおいて、一対のxコイルとy
コイル、このxコイルとyコイルとを異なる半径axと
ayで支持している全体として円筒状の支持フォーム及
び磁気シールドを備え、xコイルとyコイルとは相互に
π/2の角度位置に配置され、そしてその軸の周りに全
体として円筒形となっていて、磁気コイル軸を含む固定
面に対する偏向面を角度φが限定し、そして磁気コイル
の軸に垂直な相互に直交する座標軸により限定される面
内における位置を極座標(γ、0)が決定し、各コイル
は端接続部分により結合された一対の全体として軸方向
にのびる部分を含む選択された数の連続巻回数から成り
、そして−sinφに比例する電流Ixは−Bo si
nφに等しい磁界Bxを選択された精度でつくり、そし
てcosφに比例する電流IyはBo cosφに等し
い磁界Byを選択された精度でつくり、それによりその
合成磁界の大きさは、 Bo=(Bx^2+By^2)^1^/^2に近似して
、R、θそしてφとは無関係の定数となり、そして磁界
方向Bx/Byは、 Bx/By=−tanφ に近似して、rとθとは無関係であるようにコイルの方
向と形態とを選択し、前記の選択された精度は偏向面内
における非回転磁界の場合と回転磁界の場合とに対して
次のRMS誤差により決定され、その非回転の場合のR
MS誤差は、 (イ)コイルの対毎に別々に、横断面内における磁界の
、それの軸上の値からの偏向の2乗の平均の平方根であ
り(平均は全極角度θにわたり、そして選択された半径
にまでの全ての半径r′にわたってとられている)、 そして回転の場合のRMS誤差は、 (ロ)一緒に作用するコイルの2つの対に対して、横断
面における磁界の、それの軸上の値からの偏向の2乗の
平均の平方根であり(平均は偏向面を限定している全て
の角度φの値にわたり、そして選択された半径にまでの
全ての半径r′にわたってとられている)、各コイルの
軸方向部分の角度位置θtは、 sinθt=(2t−1)/2t+δ (ここで、t=1、2、3・・・Tであり、Tはコイル
巻回の数) に従って選択され、Tの所与の値に対しパラメータδは
非回転の場合の2乗の平均の平方根の誤差(イ)と回転
の場合の2乗の平均の平方根の誤差(ロ)のうちの少な
くとも一方に最小値を与えるように選択されるか;又は
パラメータδとTとが磁石の軸上の磁界の所定の百分率
より小さいか、もしくはこれに等しい値を2乗の平均の
平方根のうちの少なくとも一方に与えるように選択され
るかのいずれかであり;そして前記の磁気シールドはa
x、ayよりも大きな半径Rの高透磁率材料から成り、
コイル電流のイメージはR^2/aの周りにあってxコ
イルとyコイルとに実質的に等しい実効半径を与えるよ
うにしていることを特徴とした磁気コイルアセンブリ。
(1) In a magnetic coil assembly that adjusts and deflects an incident electron beam in an electron beam system such as a computer-based tomographic scanner, a pair of x and y coils are used.
a coil, a generally cylindrical support form supporting the x and y coils at different radii ax and ay, and a magnetic shield, the x and y coils being positioned at an angular position of π/2 with respect to each other; and is generally cylindrical about its axis, with an angle φ defining a plane of deflection relative to a fixed plane containing the magnetic coil axis, and defined by mutually orthogonal coordinate axes perpendicular to the magnetic coil axis. Polar coordinates (γ, 0) determine the position in the plane of The current Ix proportional to sinφ is −Bo si
A magnetic field Bx equal to nφ is created with a selected precision, and a current Iy proportional to cosφ creates a magnetic field By equal to cosφ with a selected precision, so that the magnitude of the resultant field is Bo=(Bx^ Approximating to 2+By^2)^1^/^2, it becomes a constant independent of R, θ, and φ, and the magnetic field direction Bx/By is approximated to Bx/By=-tanφ, where r and θ The orientation and configuration of the coil are chosen so that the R for non-rotating
The MS error is: (a) for each pair of coils separately, the square root of the mean of the square of the deflection of the magnetic field in the cross-section from its on-axis value (average over all polar angles θ, and (b) for two pairs of coils acting together, of the magnetic field in the cross section, is the square root of the mean of the square of the deflection from its on-axis value (average over all values of angle φ bounding the plane of deflection and over all radii r′ up to the chosen radius ), the angular position θt of the axial portion of each coil is sinθt=(2t-1)/2t+δ (where t=1, 2, 3...T, and T is the coil winding For a given value of T, the parameter δ is selected according to the root mean square error in the non-rotated case (a) and the square root mean square error in the rotated case (b). or the parameters δ and T are less than or equal to a given percentage of the magnetic field on the axis of the magnet; and said magnetic shield is selected to provide at least one of:
It is made of a high magnetic permeability material with a radius R larger than x and ay,
A magnetic coil assembly characterized in that the image of the coil current is around R^2/a to give the x-coil and the y-coil substantially equal effective radii.
(2)磁石の軸上の磁界の値の0.2パーセントより小
さいか、又はこれに等しい値を前記の両方の2乗の平均
の平方根の誤差に与えるようパラメータδの値を選択し
た特許請求の範囲第1項の偏向磁石アセンブリ。
(2) A patent claim in which the value of the parameter δ is selected so as to give the error of the root of the mean of both squares a value smaller than or equal to 0.2 percent of the value of the magnetic field on the axis of the magnet. Bending magnet assembly in the first term of the range.
(3)T=18、r/a=0.867に対し、非回転の
場合の2乗の平均の平方根の誤差の最小値を与えるよう
パラメータδの値を選択した特許請求の範囲第2項の偏
向磁石コイルアセンブリ。
(3) For T=18 and r/a=0.867, the value of the parameter δ is selected so as to give the minimum value of the error of the square root of the mean square in the case of non-rotation. Bending magnet coil assembly.
(4)T==18、r/a=0.867に対し、回転の
場合の2乗の平均の平方根の誤差の最小値を与えるよう
パラメータδの値を選択した特許請求の範囲第2項の偏
向磁石コイルアセンブリ。
(4) Claim 2 in which the value of the parameter δ is selected so as to give the minimum value of the error of the square root of the mean square in the case of rotation for T==18 and r/a=0.867. Bending magnet coil assembly.
(5)各端接続が各軸方向部分の延長に対してなす角度
が、各軸方向部分と複数の隣接端接続との交点により形
成される曲線が軸方向部分の延長となす角に実質的に等
しく、そして前記の端接続と各軸方向部分との交点が画
く曲線が個々の端接続に対して対称であるである特許請
求の範囲第1項の偏向磁石コイルアセンブリ。
(5) the angle that each end connection makes with the extension of each axial section is substantially equal to the angle that the curve formed by the intersection of each axial section and a plurality of adjacent end connections makes with the extension of the axial section; 2. A deflection magnet coil assembly according to claim 1, wherein the curve defined by the intersection of said end connection and each axial portion is symmetrical with respect to the respective end connection.
(6)δ=0を使用するコンパクトな形態がつくられて
おり、コイル端接続とコイルの軸方向部分との交点が第
1の曲線を形成し、個々別々の端接続が対称となる第2
の曲線を形成し、そして第1の曲線の対応部分と交差し
、そして第1の曲線と対称で、そしてそれの端へ接続さ
れている第3の曲線の内側にある特許請求の範囲第1項
の偏向磁石コイルアセンブリ。
(6) A compact configuration is created using δ = 0, where the intersection of the coil end connections and the axial portion of the coil forms a first curve, and a second curve where the individual end connections are symmetrical.
forming a curve and intersecting the corresponding part of the first curve and being inside a third curve symmetrical to and connected to the ends of the first curve. Deflection magnet coil assembly.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0713669A (en) * 1993-06-28 1995-01-17 Nec Corp Plural state inputting method and device therefor
JP2003510762A (en) * 1999-09-21 2003-03-18 イマトロン・インコーポレーテッド Apparatus for erasing ions in a computed tomography system
CN115393972A (en) * 2022-08-30 2022-11-25 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 Method for detecting normal section deviation of roller thread

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