光子ビーム走査装置及び光子ビーム走査方法
【課題】電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現させる。
【解決手段】発生させた電子ビームＥ及びレーザ光Ｒの経路を制御して電子ビームＥとレーザ光Ｒとを衝突させる。電子ビームＥの経路を制御して仮想的に設定された楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射させると共に当該第１焦点１１への入射角度を変化させる電子ビーム制御部７と、楕円１０の第２焦点１２から当該楕円１０の一部へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させるレーザ光制御部８と、楕円１０の一部に沿った反射面１９を有し、第２焦点１２から当該反射面１９に入射したレーザ光Ｒを反射させて電子ビームＥの反対側から第１焦点１１に入射させる楕円面ミラー９とを有している。
【解決手段】発生させた電子ビームＥ及びレーザ光Ｒの経路を制御して電子ビームＥとレーザ光Ｒとを衝突させる。電子ビームＥの経路を制御して仮想的に設定された楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射させると共に当該第１焦点１１への入射角度を変化させる電子ビーム制御部７と、楕円１０の第２焦点１２から当該楕円１０の一部へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させるレーザ光制御部８と、楕円１０の一部に沿った反射面１９を有し、第２焦点１２から当該反射面１９に入射したレーザ光Ｒを反射させて電子ビームＥの反対側から第１焦点１１に入射させる楕円面ミラー９とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光子ビーム走査装置及び光子ビーム走査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速器によって発生させた高エネルギー電子ビームとレーザ光とを衝突させることにより、レーザコンプトン散乱によるγ線（光子ビーム）を発生させることができ、発生させた準単色のγ線は、例えば貨物コンテナのような大型物品の内部（収容物）の非破壊検査を行う上で有用である。
このような非破壊検査を行う場合、検査対象となる対象物全体を走査（スキャン）するためには、γ線源と対象物との位置関係を変化させつつ走査する必要がある。
【０００３】
上記のような走査を行う装置として、例えば、特許文献１に記載のものがある。この走査装置は、衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させるビーム入射角度制御装置と、衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させるレーザ入射角度制御装置と、これら装置を制御する制御装置とを備えている。レーザコンプトン散乱では、電子ビームの衝突点への入射方向と同じ方向に光子ビームが放出されることから、前記走査装置によれば、電子ビームの衝突点への入射角度を変化させることにより、発生させる光子ビームの放射方向を変化させることができる。これにより、対象物を所定の範囲にわたって走査することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８７７２５号公報（図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の走査装置によれば、電子ビームの衝突点への入射角度に応じて、レーザ光の衝突点への入射角度を制御することにより、電子ビームとレーザ光とを正面衝突させることができる。
しかし、対象物を所定の範囲にわたって走査することを目的として、電子ビームの衝突点への入射角度を変化させても、実際では、この電子ビームに対して衝突点でレーザ光を正面衝突させることは困難である。すなわち、特許文献１のように平面ミラーを用いればレーザ光の経路を変化させることは可能ではあるが、その平面ミラーで反射させたレーザ光を、例えば元の衝突点に入射させるためには、複雑な制御が必要となる。
【０００６】
本発明は、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる光子ビーム走査装置及び光子ビーム走査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の光子ビーム走査装置は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、レーザ光を発生させるレーザ発生装置と、発生させた電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させるための経路制御装置とを備え、前記経路制御装置は、前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点に電子ビームを入射させると共に当該第１焦点への入射角度を変化させる電子ビーム制御部と、前記楕円の第２焦点から当該楕円の一部へと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御部と、前記楕円の前記一部に沿った反射面を有し、前記第２焦点から当該反射面に入射したレーザ光を反射させて前記電子ビームの反対側から前記第１焦点に入射させる楕円面ミラーとを有している。
【０００８】
本発明によれば、電子ビーム制御部は、電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点に電子ビームを入射させる。また、楕円の一部に沿った反射面を有している楕円面ミラーによって、楕円の第２焦点から前記反射面に入射したレーザ光を反射させることにより、電子ビームの反対側からレーザ光を第１焦点に入射させる。これにより、レーザ光と電子ビームとが第１焦点において衝突し、光子ビームを発生させる。
そして、光子ビームの発生方向を変化させるために、電子ビーム制御部が、電子ビームの第１焦点への入射角度を変化させると、これに応じて、レーザ光制御部は、第２焦点から楕円の一部（楕円面ミラーの反射面）へと向かうレーザ光の進行方向を変化させればよい。すなわち、第２焦点から楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させても、この楕円面ミラーで反射したレーザ光は必ず第１焦点に入射し、しかも、楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させることにより、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。このため、光子ビームの発生方向を変化させる場合でも、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる。
【０００９】
（２）また、前記レーザ光制御部は、前記第２焦点に入射したレーザ光を当該第２焦点で反射させ、かつ、その反射方向を変更可能とする可動ミラーを有している構成とすることができる。この場合、発生させたレーザ光を第２焦点に入射させれば、可動ミラーによる反射方向の変更により、楕円の一部に沿った楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させることができる。この結果、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。
【００１０】
（３）また、前記（２）の光子ビーム走査装置において、前記可動ミラーは、前記第２焦点に反射面を有し当該第２焦点を通過する中心線回りに回転する回転ミラーとするのが好ましい。この場合、第２焦点から楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の入射方向を変化させるために、回転ミラーを第２焦点を通過する中心線回りに回転させればよい。
【００１１】
（４）また、前記（１）の光子ビーム走査装置において、前記レーザ光制御部は、前記第２焦点を焦点とする放物線の一部に沿った反射面を有し前記レーザ光が前記第２焦点を通過するように反射させる放物面ミラーを有している構成とすることができる。
この場合、発生させたレーザ光を、放物面ミラーの反射面に入射させれば、反射したレーザ光は第２焦点を通過することができる。したがって、放物面ミラーの反射面に入射させるレーザ光の入射点を変更することにより、第２焦点を通過して楕円の一部に沿った楕円面ミラーの反射面へ向かうレーザ光の進行方向を変化させることができる。この結果、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。
【００１２】
（５）また、本発明は、電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させ、光子ビームを発生させて行う光子ビーム走査方法であって、前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点への電子ビームの入射角度を変化させる電子ビーム制御ステップと、前記楕円の第２焦点から、当該楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御ステップとを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、光子ビームの発生方向を変化させるためには、電子ビームの第１焦点への入射角度を変化させればよいが（電子ビーム制御ステップ）、これに応じて、第２焦点から楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かうレーザ光の進行方向を変化させればよい（レーザ光制御ステップ）。すなわち、レーザ光制御ステップにおいて、第２焦点から楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させても、この楕円面ミラーで反射したレーザ光は必ず第１焦点に入射し、しかも、楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させることにより、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。このため、光子ビームの発生方向を変化させる場合でも、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、楕円の第１焦点への電子ビームの入射角度を変化させるのに応じて、第２焦点から楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かうレーザ光の進行方向を変化させれば、楕円面ミラーで反射させたレーザ光を入射角度を変えて第１焦点に入射させることができる。このため、光子ビームの発生方向を変化させる場合においても、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光子ビーム走査装置を平面的に見た概略構成図である。
【図２】図１の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【図３】図１の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【図４】本発明の光子ビーム走査装置の他の実施形態を平面的に見た概略構成図である。
【図５】図４の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【図６】図４の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の光子ビーム走査装置を平面的に見た概略構成図である。本実施形態では、光子ビーム走査装置（以下、走査装置という）を、例えば貨物コンテナのような大型物品（以下、走査対象物１３という）の内部（収容物）の非破壊検査を行う検査装置に適用した場合を説明する。
この走査装置は、電子ビームＥを発生させる電子ビーム発生装置１と、レーザ光Ｒを発生させるレーザ発生装置２と、発生させた電子ビームＥの経路（軌道）及び発生させたレーザ光Ｒの経路（軌道）を制御して電子ビームＥとレーザ光Ｒとを所定の衝突点で衝突させるための経路制御装置３とを備えている。この走査装置では、電子ビームＥとレーザ光Ｒとを衝突させコンプトン散乱による光子ビームを発生させる。なお、本実施形態では、発生させる光子ビームをγ線として説明する。
【００１７】
電子ビーム発生装置１は、電子ビームＥを発生させる電子銃１ａと、発生した電子ビームＥを高エネルギーに加速する線形加速管１ｂとを有し、高エネルギーの電子ビームＥを後述する真空容器２０に入射させる。また、走査装置は、電子ビームダンプ３１を有しており、前記真空容器２０から出射した電子ビームＥを補足する。
【００１８】
レーザ発生装置２は、レーザ光Ｒを発生させ、発生したレーザ光Ｒを後述する可動ミラー１６へ入射させる。なお、後述する第２実施形態（図４）では、平面ミラー４３へ入射させる。レーザ発生装置２及び電子ビーム発生装置１は、従来知られているものを採用することができる。
【００１９】
本発明の走査装置が備えている各装置及び前記衝突点の配置は、仮想的に設定された楕円１０に基づく。本実施形態では、楕円１０は水平面上に設定されている。楕円１０は、第１焦点１１と第２焦点１２とからの距離の和が一定となる点の集合から作られる曲線であり、第１焦点１１が衝突点となる。各装置及びその機能について、以下説明する。
【００２０】
図１において、経路制御装置３は、発生した電子ビームＥの経路を制御する電子ビーム制御部７と、発生したレーザ光Ｅの経路を制御するレーザ光制御部８と、前記楕円１０の一部に沿って設けられた反射面１９を有している楕円面ミラー９とを備えている。さらに、この経路制御装置３は、電子ビーム制御部７（の機能）及びレーザ光制御部８（の機能）を制御する制御本体装置（コンピュータ）１５を有している。
【００２１】
電子ビーム制御部７は、真空容器２０と、入射偏向用の第１偏向磁石２１及び第２偏向磁石２２と、出射偏向用の第３偏向磁石２３及び第４偏向磁石２４とを有している。第１から第４の偏向磁石２１〜２４それぞれは、磁場により電子ビームＥの経路を曲げることができる。
また、制御本体装置１５は、偏向磁石２１〜２４それぞれの出力を制御することにより、電子ビームＥの曲がりの大小を変化させ（調整し）、第１焦点１１への電子ビームＥの入射角度を変化させることができる。なお、入射角度を変化させても、電子ビームＥは必ず第１焦点１１を通過するように制御する。
【００２２】
図２及び図３は、経路制御装置３の機能を説明する説明図である。図２に示すように、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度はθ１であるが、偏向磁石２１〜２４それぞれにおいて電子ビームＥの偏向角度を小さくすることにより、図３に示すように、入射角度をθ２に変化させることができる。なお、第１焦点１１における入射角度θ１，θ２は、第１焦点１１と、走査対象物１３の中心１３ａとを結んだ直線Ａを基準としている。
以上のように、電子ビーム制御部７は、電子ビームＥの経路を制御して、楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射させると共に第１焦点１１への入射角度を変化させることができ、真空容器２０内において、楕円１０の第１焦点１１を必ず通過する経路を有した電子ビームＥを得ることができる。
【００２３】
さらに、制御本体装置１５は、第１偏向磁石２１と第４偏向磁石２４とを連係させて制御し、つまり、同じ駆動源から同じ特性を第１偏向磁石２１と第４偏向磁石２４とに与え、第１偏向磁石２１と第４偏向磁石２４とのそれぞれにおいて、電子ビームＥを偏向させる角度を同じとするが、偏向させる方向を反対としている。これと同様に、第２偏向磁石２２と第３偏向磁石２３との間で、電子ビームＥを偏向させる角度を同じとするが、偏向させる方向を反対としている。これにより、真空容器２０における電子ビームＥの入射及び出射を定点とすることが可能となる。なお、偏向させる方向は、真空容器２０の入射側から出射側へと進む電子ビームＥの進行方向を基準としている。
【００２４】
図１に示すように、楕円面ミラー９は、固定された反射鏡であり、その反射面１９が、楕円１０の一部に沿って設けられている。すなわち、反射面１９は、楕円１０の全周に設ける必要はなく一部のみでよく、楕円１０の一部（円弧）を含む楕円面からなる。そして、レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒは、楕円１０の第２焦点１２を経て、楕円面ミラー９に入射する。
楕円面ミラー９の反射面１９は、楕円１０の一部に沿って設けられていることから、第２焦点１２から反射面１９に入射したレーザ光Ｒを、当該反射面１９で反射させると、電子ビームＥの入射方向と反対側から、第１焦点１１に入射させることができる。これは、楕円の一方の焦点から放射され当該楕円上のミラーで反射した光は、当該楕円の他方の焦点に到達するという特性を利用したものである。
そして、電子ビームＥの入射方向と反対側から、レーザ光Ｒを第１焦点１１に入射させることにより、第１焦点１１をレーザ光Ｒと電子ビームＥとの衝突点とすることができ、レーザコンプトン散乱によるγ線を発生させる。
【００２５】
レーザ光制御部８は、楕円１０の第２焦点１２から当該楕円１０の一部へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させる機能を有している。具体的に説明すると、図２に示すように、第２焦点１２からのレーザ光Ｒが向かう先である楕円１０の一部には、上記のとおり、楕円面ミラー９が設置されている。そして、本実施形態のレーザ光制御部８は、可動ミラー１６を有しており、可動ミラー１６は、第２焦点１２に入射するレーザ光Ｒを当該第２焦点１２で反射させ、かつ、その反射方向を変更可能とする。可動ミラー１６は、第２焦点１２に反射点１６ａを有しており、第２焦点１２を通過する中心線Ｃ回りに回転する回転ミラーである。中心線Ｃは、楕円１０を含む平面に直交する線であり、本実施形態では、第２焦点１２を通過する鉛直線である。前記反射点１６ａは可動ミラー１６の反射面１６ｂ上の点であり、この可動ミラー１６の反射面１６ｂは平面であって、反射面１６ｂに対してレーザ光Ｒの入射角と出射角とは同じとなる。
【００２６】
レーザ光制御部８は、楕円面ミラー９を前記中心線Ｃ回りに正逆回転させる駆動部（図示せず）を有している。この駆動部は、例えば減速器付きモータを備えており、前記制御本体装置１５が、モータの回転数を制御して、可動ミラー１６の中心線Ｃ回りの回転位置（回転角）を調整することができる。
【００２７】
図２に示すように、レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒは、可動ミラー１６の反射面１６ｂに入射し、反射したレーザ光Ｒは楕円面ミラー９の反射面１９に入射する。第２焦点１２から楕円面ミラー９に入射するレーザ光Ｒの経路はＶ１である。
レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒは、一定の直線経路で第２焦点１２に入射することから、前記駆動部によって楕円面ミラー９を所定角度について回転させると、図３に示すように、可動ミラー１６の反射点１６ａにおけるレーザ光Ｒの入射角度が、図２の場合と比べて変化し、これに応じて反射角度も変化し、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと入射するレーザ光Ｒの経路がＶ２となる。
【００２８】
以上のように、レーザ光制御部８は、楕円１０の第２焦点１２から、楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を、Ｖ１とＶ２との間で変化させることができる。
したがって、発生させたレーザ光Ｒを第２焦点１２に入射させれば、可動ミラー１６によって反射方向を変更することにより、楕円面ミラー９へのレーザ光Ｒの進行方向を変化させることができ、この結果、この楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒの第１焦点１１への入射角度を、電子ビームＥの入射角度に応じて（合わせて）変えることができる。
【００２９】
本実施形態の走査装置によって行われる光子ビーム（γ線）走査方法について説明する。この走査方法は、電子ビームＥ及びレーザ光Ｒの経路を制御して電子ビームＥとレーザ光Ｒとを、衝突点である前記楕円１０の第１焦点１１で衝突させ、γ線を発生させて、前記走査対象物１３についてのγ線走査を行う方法である。
【００３０】
図２に示すように、γ線の放射方向をＫ１とする場合、電子ビーム制御部７の機能により、楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射角度θ１で入射させる。そして、可動ミラー１６が所定の回転位置となるように制御され、可動ミラー１６によって反射させたレーザ光Ｒの進行方向をＶ１とする。
そして、このレーザ光Ｒを楕円面ミラー９で反射させると、レーザ光Ｒは第１焦点１１に入射角度θ１１で入射する。電子ビームＥとレーザ光Ｒとの第１焦点１１における入射角度は、対向角で同じであり（θ１＝θ１１）、これにより、電子ビームＥとレーザ光Ｒとは正面衝突し、電子ビームＥの入射方向の延長線上、つまり、放射方向をＫ１としてγ線を放射することができる。このγ線の放射先に、走査対象物１３の左右方向一方側が位置する。
【００３１】
そして、この検査対象物１３の左右方向他方側に向かって走査するために、図３に示すように、電子ビーム制御部７が、電子ビームＥの経路を制御して、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させる（電子ビーム制御ステップ）。この変化に追従するようにして（この変化と同期して）、楕円１０の第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向（経路）をＶ１からＶ２へと変化させる（レーザ光制御ステップ）。つまり、本実施形態のレーザ光制御ステップでは、第２焦点１２に設けられている可動ミラー１６の回転位置を変化させる。
【００３２】
進行方向がＶ２となるレーザ光Ｒを楕円面ミラー９で反射させると、レーザ光Ｒは第１焦点１１に入射角度θ１２で入射する。電子ビームＥとレーザ光Ｒとの第１焦点１１における入射角度は、対向角で同じであり（θ２＝θ１２）、これにより、電子ビームＥとレーザ光Ｒとは正面衝突し、電子ビームＥの入射方向の延長線上、つまり、放射方向をＫ２としてγ線を放射することができる。このγ線の放射先に、走査対象物１３の左右方向他方側が位置する。
【００３３】
このようにレーザ光制御ステップにおいて、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させても、第２焦点１２から入射し楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒは、必ず第１焦点１１に入射する。しかも、入射角度がθ１からθ２へと変化した電子ビームＥと正面衝突させる入射角度θ１２となるように、レーザ光Ｒを第１焦点１１に入射させることができる。これは、上記のとおり、楕円の一方の焦点から放射され当該楕円上のミラーで反射した光は、当該楕円の他方の焦点に到達するという特性楕円面ミラーの特性による。
【００３４】
したがって、γ線の放射方向を変化させるためには、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１とθ２との間で変化させればよいが、これに応じて、上記のとおり、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向をＶ１とＶ２との間で変化させればよい。このように、本実施形態の走査装置によれば、γ線の放射方向を変化させる場合であっても、電子ビームＥとレーザ光Ｒとの正面衝突を簡単に実現することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、レーザ光制御部８は、可動ミラー１６を有しており、この可動ミラー１６は、第２焦点１２に反射点１６ａを有しており、この第２焦点１２を通過する中心線Ｃ回りに回転する回転ミラーとしている。このため、第２焦点１２から楕円面ミラー９へのレーザ光Ｒの入射方向を変化させるためには、可動ミラー１６を中心線Ｃ回りに回転させればよく、その構成は簡単である。
【００３６】
図４は、本発明の光子ビーム走査装置の他の実施形態を平面的に見た概略構成図である。図４に示す走査装置は、レーザ光制御部８の構成に関して、図１に示した走査装置と異なるが、仮想的に設定された楕円１０に基づく配置等その他は同じである。このため、同じ構成についての説明はここでは省略する。
【００３７】
図４に示すレーザ光制御部８の機能は、図１の場合と同じであり、楕円１０の第２焦点１２から当該楕円１０の一部へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させる機能を有している。さらに、図１の場合と同じように、第２焦点１２からのレーザ光Ｒが向かう先である前記楕円１０の一部には、楕円面ミラー９が設置されている。
【００３８】
図４に示すレーザ光制御部８は、前記可動ミラー１６（図１参照）を有していないが、第２焦点１２を焦点とする仮想的に設定した放物線４０の一部に沿った反射面４２を有する放物面ミラー４１を有している。さらに、本実施形態では、レーザ光制御部８は、レーザ発生装置２が発生させたレーザ光Ｒを平行移動させる光学装置（本実施形態ではペリスコープ２９）を備えている。また、レーザ光制御部８は、ペリスコープ２９から入射したレーザ光Ｒを反射させて放物面ミラー４１に入射させる平面ミラー４３を有している。放物面ミラー４１及び平面ミラー４３は、固定状態として設置されている。
【００３９】
放物面ミラー４１は、レーザ発生装置２によって発生させ平面ミラー４３を介して入射させたレーザ光Ｒを、第２焦点１２を通過させるように反射させる。なお、前記仮想的に設定した放物線４０は、前記楕円１０と同じ面上に設定されており、本実施形態では、水平面上に設定されている。この放物面ミラー４１は、軸外し放物面鏡である。また、放物線４０は（放物線４０の準線４４）の位置及び方向については特に制限はないが、放物線４０に沿ってその一部に設けられる放物面ミラー４１は、楕円面ミラー９と第２焦点１２とを結ぶ直線の延長線と交差する位置に、設けられる。
【００４０】
図１の走査装置では、レーザ発生装置２が発生させたレーザ光Ｒは常に第２焦点１２へ入射させていたが、図４の走査装置では、ペリスコープ２９によって、レーザ光Ｒを平行移動させ、平面ミラー４３への入射点を変化させている。平面ミラー４３の反射面は平面であって、この反射面に対してレーザ光Ｒの入射角と出射角とは同じとなる。
【００４１】
図５及び図６は、経路制御装置３の機能を説明する説明図である。前記実施形態と同様に、電子ビーム制御部７は、電子ビームＥの経路を制御して、楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射させると共に第１焦点１１への入射角度を変化させることができ、真空容器２０内において、楕円１０の第１焦点１１を必ず通過する経路を有した電子ビームＥを得ることができる。
【００４２】
図５に示すように、レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒが、ペリスコープ２９によって第１の経路Ｇ１で平面ミラー４３に入射すると、その反射光は放物面ミラー４１に入射する。放物面ミラー４１で反射したレーザ光Ｒは第２焦点１２を通過して、楕円面ミラー９の反射面１９に入射する。なお、放物面ミラー４１で反射したレーザ光Ｒが第２焦点１２を通過するのは、放物線上の一部で反射した光は、当該放物線の焦点に集まるという特性によるものである。
そして、第２焦点１２から楕円面ミラー９に入射するレーザ光Ｒの経路はＶ１１である。楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒは、第１焦点１１に入射角θ１１で入射し、入射角θ１である電子ビームＥと正面衝突することができる。
【００４３】
図６に示すように、ペリスコープ２９の機能により、レーザ光Ｒを平行移動させ、第２の経路Ｇ２で平面ミラー４３に入射させると、その反射光は放物面ミラー４１に入射する。なお、この入射点は、レーザ光Ｒが前記経路Ｇ１を進んだ場合と異なる位置である。そして、放物面ミラー４１で反射したレーザ光Ｒは第２焦点１２を通過して、楕円面ミラー９の反射面１９に入射する。第２焦点１２から楕円面ミラー９に入射するレーザ光Ｒの経路はＶ１２である。
以上のように、レーザ光制御部８は、楕円１０の第２焦点１２から、楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を、Ｖ１１とＶ１２との間で変化させることができる。
【００４４】
したがって、発生させたレーザ光Ｒを、放物面ミラー４１の反射面４２に入射させれば、その反射したレーザ光Ｒは第２焦点１２を通過することができる。そして、放物面ミラー４１の反射面４２に入射させるレーザ光Ｒの入射点を、ペリスコープ２９によって変更することにより、第２焦点１２を通過して楕円面ミラー９へ向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させることができる。この結果、この楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒの第１焦点１１への入射角度を、電子ビームＥの入射角度に応じて（合わせて）変えることができる。
【００４５】
図４に示す走査装置によって行われる走査方法は、図１に示す走査装置の場合と同様であるが、図１の場合では、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させるのと同期させて、可動ミラー１６を制御することで、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向（経路）をＶ１からＶ２へと変化させていた。しかし、図４の場合では、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させるのと同期させて、放物面ミラー４１へのレーザ光Ｒの入射点を変更することにより、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向（経路）をＶ１１からＶ１２へと変化させている。つまり、図４の走査装置は、光源（第２焦点１２を通過させるまでのレーザ光Ｒの経路）を動かす実施形態である。
この図４の実施形態は、第２焦点１２に図１のような可動ミラー１６を（例えばレイアウトの問題により）配置できない場合に有効となる。
【００４６】
また、図１及び図４の実施形態それぞれにおいて、第２焦点１２からのレーザ光Ｒの経路を変更しても、この第２焦点１２から楕円面ミラー９における反射点を経由した第１焦点１１までのレーザ光Ｒの経路長は、一定であるため（変化しないため）、第１焦点１１への入射角を変化させたとしても、平行ビームであるレーザ光Ｒを第１焦点１１の一点に収束させることができる。つまり、光源側のフォーカスの調整は不要である。
また、各実施形態において、経路制御装置３は、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角を合計１０°の幅で調整することが可能となり（θ１＝５°、θ２＝５°）、この調整に追従するようにして、レーザ光Ｒの第１焦点１１への入射角を合計１０°の幅で調整することが可能である（θ１１＝５°、θ１２＝５°）。これにより、幅広い方向にγ線を放射することが可能となり、走査対象物１３に対して広範囲（幅広）の走査が可能となる。
【００４７】
前記各実施形態それぞれにおいて、光子ビームの放射方向に楕円面ミラー９が存在していることから、楕円面ミラー９は、光子ビーム（γ線）が透過可能な部材（透過率の高い部材）からなり、例えば、プラスチック、ガラス、又は透過率の高い金属（アルミニウム等）で構成されている。
また、発生させた光子ビーム（そのエネルギー）を部分的にカットするために、走査対象物１３と第１焦点１１との間に、可動コリメータ２８が設けられていてもよい。
また、レーザ発生装置２が発生させるレーザ光Ｒのビーム直径を変化させてもよく、これにより、光子のエネルギーの広がりを変化させることが可能となる。
【００４８】
また、図１の可動ミラー１６及び図４の放物面ミラー４１は、レーザ光を反射させる材質であればよい。
なお、図４の実施形態において、平面ミラー４３は、レーザ発生装置２及びペリスコープ２９の配置を考慮して、設けられたものであるが、省略することもできる。
また、図４の実施形態では、真空容器２０及び複数の偏向磁石を有する電子ビーム制御部７が、直列配置で二つ設けられている。そして、二つの電子ビーム制御部７はそれぞれ反対の偏向動作を行う。つまり、第１（図４の右側）の電子ビーム制御部７では偏向角度を大きくする場合、第２（図４の左側）の電子ビーム制御部７では偏向角度を小さくし、光源（レーザ発生装置２）側から終端（電子ビームダンプ３１）側までの経路長が一定となるようにしている。
【００４９】
また、本発明の走査装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記各実施形態では、電子ビームとレーザ光とを第１焦点１１で正面衝突させる場合を説明したが、相対的に傾斜した方向から第１焦点１１に入射させ、第１焦点１１で衝突させてもよい。これにより、電子によって散乱される光子のエネルギーを変化させることが可能となる。
【００５０】
また、走査装置は、非破壊検査装置以外にも画像診断装置としても適用することができる。また、走査装置によって発生させる高エネルギーな光子ビームは、γ線以外にＸ線であってもよい。
また、準単色の（エネルギーがほぼそろった）γ線・Ｘ線ではなく、ある程度のエネルギー幅を有したγ線・Ｘ線であってもよく、この場合、レーザ光エキスパンダにより、レーザ光の直径を変化させることで、エネルギーの広がりを制御することができる。
また、走査装置をエネルギー回収型のシステム又は電子蓄積リング型のシステムに導入することもできる。この場合、上記のとおり、本実施形態の電子ビーム制御部７によれば、真空容器２０における電子ビームＥの入射及び出射を定点とすることが可能であるため、例えば電子蓄積リング型の装置に走査装置を導入する際に、電子ビームの軌道に与える影響を小さくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１：電子ビーム発生装置、 ２：レーザ発生装置、 ３：経路制御装置、 ７：電子ビーム制御部、 ８：レーザ光制御部、 ９：楕円面ミラー、 １０：楕円、 １１：第１焦点、 １２：第２焦点、 １３：走査対象物、 １６：可動ミラー、 １６ｂ：反射面、 １９：反射面、 ４０：放物線、 ４１：放物面ミラー、 ４２：反射面、 Ｃ：中心線、 Ｅ：電子ビーム、 Ｒ：レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光子ビーム走査装置及び光子ビーム走査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速器によって発生させた高エネルギー電子ビームとレーザ光とを衝突させることにより、レーザコンプトン散乱によるγ線（光子ビーム）を発生させることができ、発生させた準単色のγ線は、例えば貨物コンテナのような大型物品の内部（収容物）の非破壊検査を行う上で有用である。
このような非破壊検査を行う場合、検査対象となる対象物全体を走査（スキャン）するためには、γ線源と対象物との位置関係を変化させつつ走査する必要がある。
【０００３】
上記のような走査を行う装置として、例えば、特許文献１に記載のものがある。この走査装置は、衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させるビーム入射角度制御装置と、衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させるレーザ入射角度制御装置と、これら装置を制御する制御装置とを備えている。レーザコンプトン散乱では、電子ビームの衝突点への入射方向と同じ方向に光子ビームが放出されることから、前記走査装置によれば、電子ビームの衝突点への入射角度を変化させることにより、発生させる光子ビームの放射方向を変化させることができる。これにより、対象物を所定の範囲にわたって走査することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８７７２５号公報（図２参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の走査装置によれば、電子ビームの衝突点への入射角度に応じて、レーザ光の衝突点への入射角度を制御することにより、電子ビームとレーザ光とを正面衝突させることができる。
しかし、対象物を所定の範囲にわたって走査することを目的として、電子ビームの衝突点への入射角度を変化させても、実際では、この電子ビームに対して衝突点でレーザ光を正面衝突させることは困難である。すなわち、特許文献１のように平面ミラーを用いればレーザ光の経路を変化させることは可能ではあるが、その平面ミラーで反射させたレーザ光を、例えば元の衝突点に入射させるためには、複雑な制御が必要となる。
【０００６】
本発明は、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる光子ビーム走査装置及び光子ビーム走査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の光子ビーム走査装置は、電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、レーザ光を発生させるレーザ発生装置と、発生させた電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させるための経路制御装置とを備え、前記経路制御装置は、前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点に電子ビームを入射させると共に当該第１焦点への入射角度を変化させる電子ビーム制御部と、前記楕円の第２焦点から当該楕円の一部へと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御部と、前記楕円の前記一部に沿った反射面を有し、前記第２焦点から当該反射面に入射したレーザ光を反射させて前記電子ビームの反対側から前記第１焦点に入射させる楕円面ミラーとを有している。
【０００８】
本発明によれば、電子ビーム制御部は、電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点に電子ビームを入射させる。また、楕円の一部に沿った反射面を有している楕円面ミラーによって、楕円の第２焦点から前記反射面に入射したレーザ光を反射させることにより、電子ビームの反対側からレーザ光を第１焦点に入射させる。これにより、レーザ光と電子ビームとが第１焦点において衝突し、光子ビームを発生させる。
そして、光子ビームの発生方向を変化させるために、電子ビーム制御部が、電子ビームの第１焦点への入射角度を変化させると、これに応じて、レーザ光制御部は、第２焦点から楕円の一部（楕円面ミラーの反射面）へと向かうレーザ光の進行方向を変化させればよい。すなわち、第２焦点から楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させても、この楕円面ミラーで反射したレーザ光は必ず第１焦点に入射し、しかも、楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させることにより、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。このため、光子ビームの発生方向を変化させる場合でも、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる。
【０００９】
（２）また、前記レーザ光制御部は、前記第２焦点に入射したレーザ光を当該第２焦点で反射させ、かつ、その反射方向を変更可能とする可動ミラーを有している構成とすることができる。この場合、発生させたレーザ光を第２焦点に入射させれば、可動ミラーによる反射方向の変更により、楕円の一部に沿った楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させることができる。この結果、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。
【００１０】
（３）また、前記（２）の光子ビーム走査装置において、前記可動ミラーは、前記第２焦点に反射面を有し当該第２焦点を通過する中心線回りに回転する回転ミラーとするのが好ましい。この場合、第２焦点から楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の入射方向を変化させるために、回転ミラーを第２焦点を通過する中心線回りに回転させればよい。
【００１１】
（４）また、前記（１）の光子ビーム走査装置において、前記レーザ光制御部は、前記第２焦点を焦点とする放物線の一部に沿った反射面を有し前記レーザ光が前記第２焦点を通過するように反射させる放物面ミラーを有している構成とすることができる。
この場合、発生させたレーザ光を、放物面ミラーの反射面に入射させれば、反射したレーザ光は第２焦点を通過することができる。したがって、放物面ミラーの反射面に入射させるレーザ光の入射点を変更することにより、第２焦点を通過して楕円の一部に沿った楕円面ミラーの反射面へ向かうレーザ光の進行方向を変化させることができる。この結果、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。
【００１２】
（５）また、本発明は、電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させ、光子ビームを発生させて行う光子ビーム走査方法であって、前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点への電子ビームの入射角度を変化させる電子ビーム制御ステップと、前記楕円の第２焦点から、当該楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御ステップとを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、光子ビームの発生方向を変化させるためには、電子ビームの第１焦点への入射角度を変化させればよいが（電子ビーム制御ステップ）、これに応じて、第２焦点から楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かうレーザ光の進行方向を変化させればよい（レーザ光制御ステップ）。すなわち、レーザ光制御ステップにおいて、第２焦点から楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させても、この楕円面ミラーで反射したレーザ光は必ず第１焦点に入射し、しかも、楕円面ミラーの反射面へのレーザ光の進行方向を変化させることにより、この楕円面ミラーで反射したレーザ光の第１焦点への入射角度を変えることができる。このため、光子ビームの発生方向を変化させる場合でも、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、楕円の第１焦点への電子ビームの入射角度を変化させるのに応じて、第２焦点から楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かうレーザ光の進行方向を変化させれば、楕円面ミラーで反射させたレーザ光を入射角度を変えて第１焦点に入射させることができる。このため、光子ビームの発生方向を変化させる場合においても、電子ビームとレーザ光との衝突を簡単に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光子ビーム走査装置を平面的に見た概略構成図である。
【図２】図１の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【図３】図１の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【図４】本発明の光子ビーム走査装置の他の実施形態を平面的に見た概略構成図である。
【図５】図４の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【図６】図４の経路制御装置の機能を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の光子ビーム走査装置を平面的に見た概略構成図である。本実施形態では、光子ビーム走査装置（以下、走査装置という）を、例えば貨物コンテナのような大型物品（以下、走査対象物１３という）の内部（収容物）の非破壊検査を行う検査装置に適用した場合を説明する。
この走査装置は、電子ビームＥを発生させる電子ビーム発生装置１と、レーザ光Ｒを発生させるレーザ発生装置２と、発生させた電子ビームＥの経路（軌道）及び発生させたレーザ光Ｒの経路（軌道）を制御して電子ビームＥとレーザ光Ｒとを所定の衝突点で衝突させるための経路制御装置３とを備えている。この走査装置では、電子ビームＥとレーザ光Ｒとを衝突させコンプトン散乱による光子ビームを発生させる。なお、本実施形態では、発生させる光子ビームをγ線として説明する。
【００１７】
電子ビーム発生装置１は、電子ビームＥを発生させる電子銃１ａと、発生した電子ビームＥを高エネルギーに加速する線形加速管１ｂとを有し、高エネルギーの電子ビームＥを後述する真空容器２０に入射させる。また、走査装置は、電子ビームダンプ３１を有しており、前記真空容器２０から出射した電子ビームＥを補足する。
【００１８】
レーザ発生装置２は、レーザ光Ｒを発生させ、発生したレーザ光Ｒを後述する可動ミラー１６へ入射させる。なお、後述する第２実施形態（図４）では、平面ミラー４３へ入射させる。レーザ発生装置２及び電子ビーム発生装置１は、従来知られているものを採用することができる。
【００１９】
本発明の走査装置が備えている各装置及び前記衝突点の配置は、仮想的に設定された楕円１０に基づく。本実施形態では、楕円１０は水平面上に設定されている。楕円１０は、第１焦点１１と第２焦点１２とからの距離の和が一定となる点の集合から作られる曲線であり、第１焦点１１が衝突点となる。各装置及びその機能について、以下説明する。
【００２０】
図１において、経路制御装置３は、発生した電子ビームＥの経路を制御する電子ビーム制御部７と、発生したレーザ光Ｅの経路を制御するレーザ光制御部８と、前記楕円１０の一部に沿って設けられた反射面１９を有している楕円面ミラー９とを備えている。さらに、この経路制御装置３は、電子ビーム制御部７（の機能）及びレーザ光制御部８（の機能）を制御する制御本体装置（コンピュータ）１５を有している。
【００２１】
電子ビーム制御部７は、真空容器２０と、入射偏向用の第１偏向磁石２１及び第２偏向磁石２２と、出射偏向用の第３偏向磁石２３及び第４偏向磁石２４とを有している。第１から第４の偏向磁石２１〜２４それぞれは、磁場により電子ビームＥの経路を曲げることができる。
また、制御本体装置１５は、偏向磁石２１〜２４それぞれの出力を制御することにより、電子ビームＥの曲がりの大小を変化させ（調整し）、第１焦点１１への電子ビームＥの入射角度を変化させることができる。なお、入射角度を変化させても、電子ビームＥは必ず第１焦点１１を通過するように制御する。
【００２２】
図２及び図３は、経路制御装置３の機能を説明する説明図である。図２に示すように、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度はθ１であるが、偏向磁石２１〜２４それぞれにおいて電子ビームＥの偏向角度を小さくすることにより、図３に示すように、入射角度をθ２に変化させることができる。なお、第１焦点１１における入射角度θ１，θ２は、第１焦点１１と、走査対象物１３の中心１３ａとを結んだ直線Ａを基準としている。
以上のように、電子ビーム制御部７は、電子ビームＥの経路を制御して、楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射させると共に第１焦点１１への入射角度を変化させることができ、真空容器２０内において、楕円１０の第１焦点１１を必ず通過する経路を有した電子ビームＥを得ることができる。
【００２３】
さらに、制御本体装置１５は、第１偏向磁石２１と第４偏向磁石２４とを連係させて制御し、つまり、同じ駆動源から同じ特性を第１偏向磁石２１と第４偏向磁石２４とに与え、第１偏向磁石２１と第４偏向磁石２４とのそれぞれにおいて、電子ビームＥを偏向させる角度を同じとするが、偏向させる方向を反対としている。これと同様に、第２偏向磁石２２と第３偏向磁石２３との間で、電子ビームＥを偏向させる角度を同じとするが、偏向させる方向を反対としている。これにより、真空容器２０における電子ビームＥの入射及び出射を定点とすることが可能となる。なお、偏向させる方向は、真空容器２０の入射側から出射側へと進む電子ビームＥの進行方向を基準としている。
【００２４】
図１に示すように、楕円面ミラー９は、固定された反射鏡であり、その反射面１９が、楕円１０の一部に沿って設けられている。すなわち、反射面１９は、楕円１０の全周に設ける必要はなく一部のみでよく、楕円１０の一部（円弧）を含む楕円面からなる。そして、レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒは、楕円１０の第２焦点１２を経て、楕円面ミラー９に入射する。
楕円面ミラー９の反射面１９は、楕円１０の一部に沿って設けられていることから、第２焦点１２から反射面１９に入射したレーザ光Ｒを、当該反射面１９で反射させると、電子ビームＥの入射方向と反対側から、第１焦点１１に入射させることができる。これは、楕円の一方の焦点から放射され当該楕円上のミラーで反射した光は、当該楕円の他方の焦点に到達するという特性を利用したものである。
そして、電子ビームＥの入射方向と反対側から、レーザ光Ｒを第１焦点１１に入射させることにより、第１焦点１１をレーザ光Ｒと電子ビームＥとの衝突点とすることができ、レーザコンプトン散乱によるγ線を発生させる。
【００２５】
レーザ光制御部８は、楕円１０の第２焦点１２から当該楕円１０の一部へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させる機能を有している。具体的に説明すると、図２に示すように、第２焦点１２からのレーザ光Ｒが向かう先である楕円１０の一部には、上記のとおり、楕円面ミラー９が設置されている。そして、本実施形態のレーザ光制御部８は、可動ミラー１６を有しており、可動ミラー１６は、第２焦点１２に入射するレーザ光Ｒを当該第２焦点１２で反射させ、かつ、その反射方向を変更可能とする。可動ミラー１６は、第２焦点１２に反射点１６ａを有しており、第２焦点１２を通過する中心線Ｃ回りに回転する回転ミラーである。中心線Ｃは、楕円１０を含む平面に直交する線であり、本実施形態では、第２焦点１２を通過する鉛直線である。前記反射点１６ａは可動ミラー１６の反射面１６ｂ上の点であり、この可動ミラー１６の反射面１６ｂは平面であって、反射面１６ｂに対してレーザ光Ｒの入射角と出射角とは同じとなる。
【００２６】
レーザ光制御部８は、楕円面ミラー９を前記中心線Ｃ回りに正逆回転させる駆動部（図示せず）を有している。この駆動部は、例えば減速器付きモータを備えており、前記制御本体装置１５が、モータの回転数を制御して、可動ミラー１６の中心線Ｃ回りの回転位置（回転角）を調整することができる。
【００２７】
図２に示すように、レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒは、可動ミラー１６の反射面１６ｂに入射し、反射したレーザ光Ｒは楕円面ミラー９の反射面１９に入射する。第２焦点１２から楕円面ミラー９に入射するレーザ光Ｒの経路はＶ１である。
レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒは、一定の直線経路で第２焦点１２に入射することから、前記駆動部によって楕円面ミラー９を所定角度について回転させると、図３に示すように、可動ミラー１６の反射点１６ａにおけるレーザ光Ｒの入射角度が、図２の場合と比べて変化し、これに応じて反射角度も変化し、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと入射するレーザ光Ｒの経路がＶ２となる。
【００２８】
以上のように、レーザ光制御部８は、楕円１０の第２焦点１２から、楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を、Ｖ１とＶ２との間で変化させることができる。
したがって、発生させたレーザ光Ｒを第２焦点１２に入射させれば、可動ミラー１６によって反射方向を変更することにより、楕円面ミラー９へのレーザ光Ｒの進行方向を変化させることができ、この結果、この楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒの第１焦点１１への入射角度を、電子ビームＥの入射角度に応じて（合わせて）変えることができる。
【００２９】
本実施形態の走査装置によって行われる光子ビーム（γ線）走査方法について説明する。この走査方法は、電子ビームＥ及びレーザ光Ｒの経路を制御して電子ビームＥとレーザ光Ｒとを、衝突点である前記楕円１０の第１焦点１１で衝突させ、γ線を発生させて、前記走査対象物１３についてのγ線走査を行う方法である。
【００３０】
図２に示すように、γ線の放射方向をＫ１とする場合、電子ビーム制御部７の機能により、楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射角度θ１で入射させる。そして、可動ミラー１６が所定の回転位置となるように制御され、可動ミラー１６によって反射させたレーザ光Ｒの進行方向をＶ１とする。
そして、このレーザ光Ｒを楕円面ミラー９で反射させると、レーザ光Ｒは第１焦点１１に入射角度θ１１で入射する。電子ビームＥとレーザ光Ｒとの第１焦点１１における入射角度は、対向角で同じであり（θ１＝θ１１）、これにより、電子ビームＥとレーザ光Ｒとは正面衝突し、電子ビームＥの入射方向の延長線上、つまり、放射方向をＫ１としてγ線を放射することができる。このγ線の放射先に、走査対象物１３の左右方向一方側が位置する。
【００３１】
そして、この検査対象物１３の左右方向他方側に向かって走査するために、図３に示すように、電子ビーム制御部７が、電子ビームＥの経路を制御して、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させる（電子ビーム制御ステップ）。この変化に追従するようにして（この変化と同期して）、楕円１０の第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向（経路）をＶ１からＶ２へと変化させる（レーザ光制御ステップ）。つまり、本実施形態のレーザ光制御ステップでは、第２焦点１２に設けられている可動ミラー１６の回転位置を変化させる。
【００３２】
進行方向がＶ２となるレーザ光Ｒを楕円面ミラー９で反射させると、レーザ光Ｒは第１焦点１１に入射角度θ１２で入射する。電子ビームＥとレーザ光Ｒとの第１焦点１１における入射角度は、対向角で同じであり（θ２＝θ１２）、これにより、電子ビームＥとレーザ光Ｒとは正面衝突し、電子ビームＥの入射方向の延長線上、つまり、放射方向をＫ２としてγ線を放射することができる。このγ線の放射先に、走査対象物１３の左右方向他方側が位置する。
【００３３】
このようにレーザ光制御ステップにおいて、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させても、第２焦点１２から入射し楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒは、必ず第１焦点１１に入射する。しかも、入射角度がθ１からθ２へと変化した電子ビームＥと正面衝突させる入射角度θ１２となるように、レーザ光Ｒを第１焦点１１に入射させることができる。これは、上記のとおり、楕円の一方の焦点から放射され当該楕円上のミラーで反射した光は、当該楕円の他方の焦点に到達するという特性楕円面ミラーの特性による。
【００３４】
したがって、γ線の放射方向を変化させるためには、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１とθ２との間で変化させればよいが、これに応じて、上記のとおり、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向をＶ１とＶ２との間で変化させればよい。このように、本実施形態の走査装置によれば、γ線の放射方向を変化させる場合であっても、電子ビームＥとレーザ光Ｒとの正面衝突を簡単に実現することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態では、レーザ光制御部８は、可動ミラー１６を有しており、この可動ミラー１６は、第２焦点１２に反射点１６ａを有しており、この第２焦点１２を通過する中心線Ｃ回りに回転する回転ミラーとしている。このため、第２焦点１２から楕円面ミラー９へのレーザ光Ｒの入射方向を変化させるためには、可動ミラー１６を中心線Ｃ回りに回転させればよく、その構成は簡単である。
【００３６】
図４は、本発明の光子ビーム走査装置の他の実施形態を平面的に見た概略構成図である。図４に示す走査装置は、レーザ光制御部８の構成に関して、図１に示した走査装置と異なるが、仮想的に設定された楕円１０に基づく配置等その他は同じである。このため、同じ構成についての説明はここでは省略する。
【００３７】
図４に示すレーザ光制御部８の機能は、図１の場合と同じであり、楕円１０の第２焦点１２から当該楕円１０の一部へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させる機能を有している。さらに、図１の場合と同じように、第２焦点１２からのレーザ光Ｒが向かう先である前記楕円１０の一部には、楕円面ミラー９が設置されている。
【００３８】
図４に示すレーザ光制御部８は、前記可動ミラー１６（図１参照）を有していないが、第２焦点１２を焦点とする仮想的に設定した放物線４０の一部に沿った反射面４２を有する放物面ミラー４１を有している。さらに、本実施形態では、レーザ光制御部８は、レーザ発生装置２が発生させたレーザ光Ｒを平行移動させる光学装置（本実施形態ではペリスコープ２９）を備えている。また、レーザ光制御部８は、ペリスコープ２９から入射したレーザ光Ｒを反射させて放物面ミラー４１に入射させる平面ミラー４３を有している。放物面ミラー４１及び平面ミラー４３は、固定状態として設置されている。
【００３９】
放物面ミラー４１は、レーザ発生装置２によって発生させ平面ミラー４３を介して入射させたレーザ光Ｒを、第２焦点１２を通過させるように反射させる。なお、前記仮想的に設定した放物線４０は、前記楕円１０と同じ面上に設定されており、本実施形態では、水平面上に設定されている。この放物面ミラー４１は、軸外し放物面鏡である。また、放物線４０は（放物線４０の準線４４）の位置及び方向については特に制限はないが、放物線４０に沿ってその一部に設けられる放物面ミラー４１は、楕円面ミラー９と第２焦点１２とを結ぶ直線の延長線と交差する位置に、設けられる。
【００４０】
図１の走査装置では、レーザ発生装置２が発生させたレーザ光Ｒは常に第２焦点１２へ入射させていたが、図４の走査装置では、ペリスコープ２９によって、レーザ光Ｒを平行移動させ、平面ミラー４３への入射点を変化させている。平面ミラー４３の反射面は平面であって、この反射面に対してレーザ光Ｒの入射角と出射角とは同じとなる。
【００４１】
図５及び図６は、経路制御装置３の機能を説明する説明図である。前記実施形態と同様に、電子ビーム制御部７は、電子ビームＥの経路を制御して、楕円１０の第１焦点１１に電子ビームＥを入射させると共に第１焦点１１への入射角度を変化させることができ、真空容器２０内において、楕円１０の第１焦点１１を必ず通過する経路を有した電子ビームＥを得ることができる。
【００４２】
図５に示すように、レーザ発生装置２によって発生させたレーザ光Ｒが、ペリスコープ２９によって第１の経路Ｇ１で平面ミラー４３に入射すると、その反射光は放物面ミラー４１に入射する。放物面ミラー４１で反射したレーザ光Ｒは第２焦点１２を通過して、楕円面ミラー９の反射面１９に入射する。なお、放物面ミラー４１で反射したレーザ光Ｒが第２焦点１２を通過するのは、放物線上の一部で反射した光は、当該放物線の焦点に集まるという特性によるものである。
そして、第２焦点１２から楕円面ミラー９に入射するレーザ光Ｒの経路はＶ１１である。楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒは、第１焦点１１に入射角θ１１で入射し、入射角θ１である電子ビームＥと正面衝突することができる。
【００４３】
図６に示すように、ペリスコープ２９の機能により、レーザ光Ｒを平行移動させ、第２の経路Ｇ２で平面ミラー４３に入射させると、その反射光は放物面ミラー４１に入射する。なお、この入射点は、レーザ光Ｒが前記経路Ｇ１を進んだ場合と異なる位置である。そして、放物面ミラー４１で反射したレーザ光Ｒは第２焦点１２を通過して、楕円面ミラー９の反射面１９に入射する。第２焦点１２から楕円面ミラー９に入射するレーザ光Ｒの経路はＶ１２である。
以上のように、レーザ光制御部８は、楕円１０の第２焦点１２から、楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向を、Ｖ１１とＶ１２との間で変化させることができる。
【００４４】
したがって、発生させたレーザ光Ｒを、放物面ミラー４１の反射面４２に入射させれば、その反射したレーザ光Ｒは第２焦点１２を通過することができる。そして、放物面ミラー４１の反射面４２に入射させるレーザ光Ｒの入射点を、ペリスコープ２９によって変更することにより、第２焦点１２を通過して楕円面ミラー９へ向かうレーザ光Ｒの進行方向を変化させることができる。この結果、この楕円面ミラー９で反射したレーザ光Ｒの第１焦点１１への入射角度を、電子ビームＥの入射角度に応じて（合わせて）変えることができる。
【００４５】
図４に示す走査装置によって行われる走査方法は、図１に示す走査装置の場合と同様であるが、図１の場合では、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させるのと同期させて、可動ミラー１６を制御することで、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向（経路）をＶ１からＶ２へと変化させていた。しかし、図４の場合では、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角度をθ１からθ２へと変化させるのと同期させて、放物面ミラー４１へのレーザ光Ｒの入射点を変更することにより、第２焦点１２から楕円面ミラー９へと向かうレーザ光Ｒの進行方向（経路）をＶ１１からＶ１２へと変化させている。つまり、図４の走査装置は、光源（第２焦点１２を通過させるまでのレーザ光Ｒの経路）を動かす実施形態である。
この図４の実施形態は、第２焦点１２に図１のような可動ミラー１６を（例えばレイアウトの問題により）配置できない場合に有効となる。
【００４６】
また、図１及び図４の実施形態それぞれにおいて、第２焦点１２からのレーザ光Ｒの経路を変更しても、この第２焦点１２から楕円面ミラー９における反射点を経由した第１焦点１１までのレーザ光Ｒの経路長は、一定であるため（変化しないため）、第１焦点１１への入射角を変化させたとしても、平行ビームであるレーザ光Ｒを第１焦点１１の一点に収束させることができる。つまり、光源側のフォーカスの調整は不要である。
また、各実施形態において、経路制御装置３は、電子ビームＥの第１焦点１１への入射角を合計１０°の幅で調整することが可能となり（θ１＝５°、θ２＝５°）、この調整に追従するようにして、レーザ光Ｒの第１焦点１１への入射角を合計１０°の幅で調整することが可能である（θ１１＝５°、θ１２＝５°）。これにより、幅広い方向にγ線を放射することが可能となり、走査対象物１３に対して広範囲（幅広）の走査が可能となる。
【００４７】
前記各実施形態それぞれにおいて、光子ビームの放射方向に楕円面ミラー９が存在していることから、楕円面ミラー９は、光子ビーム（γ線）が透過可能な部材（透過率の高い部材）からなり、例えば、プラスチック、ガラス、又は透過率の高い金属（アルミニウム等）で構成されている。
また、発生させた光子ビーム（そのエネルギー）を部分的にカットするために、走査対象物１３と第１焦点１１との間に、可動コリメータ２８が設けられていてもよい。
また、レーザ発生装置２が発生させるレーザ光Ｒのビーム直径を変化させてもよく、これにより、光子のエネルギーの広がりを変化させることが可能となる。
【００４８】
また、図１の可動ミラー１６及び図４の放物面ミラー４１は、レーザ光を反射させる材質であればよい。
なお、図４の実施形態において、平面ミラー４３は、レーザ発生装置２及びペリスコープ２９の配置を考慮して、設けられたものであるが、省略することもできる。
また、図４の実施形態では、真空容器２０及び複数の偏向磁石を有する電子ビーム制御部７が、直列配置で二つ設けられている。そして、二つの電子ビーム制御部７はそれぞれ反対の偏向動作を行う。つまり、第１（図４の右側）の電子ビーム制御部７では偏向角度を大きくする場合、第２（図４の左側）の電子ビーム制御部７では偏向角度を小さくし、光源（レーザ発生装置２）側から終端（電子ビームダンプ３１）側までの経路長が一定となるようにしている。
【００４９】
また、本発明の走査装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記各実施形態では、電子ビームとレーザ光とを第１焦点１１で正面衝突させる場合を説明したが、相対的に傾斜した方向から第１焦点１１に入射させ、第１焦点１１で衝突させてもよい。これにより、電子によって散乱される光子のエネルギーを変化させることが可能となる。
【００５０】
また、走査装置は、非破壊検査装置以外にも画像診断装置としても適用することができる。また、走査装置によって発生させる高エネルギーな光子ビームは、γ線以外にＸ線であってもよい。
また、準単色の（エネルギーがほぼそろった）γ線・Ｘ線ではなく、ある程度のエネルギー幅を有したγ線・Ｘ線であってもよく、この場合、レーザ光エキスパンダにより、レーザ光の直径を変化させることで、エネルギーの広がりを制御することができる。
また、走査装置をエネルギー回収型のシステム又は電子蓄積リング型のシステムに導入することもできる。この場合、上記のとおり、本実施形態の電子ビーム制御部７によれば、真空容器２０における電子ビームＥの入射及び出射を定点とすることが可能であるため、例えば電子蓄積リング型の装置に走査装置を導入する際に、電子ビームの軌道に与える影響を小さくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１：電子ビーム発生装置、 ２：レーザ発生装置、 ３：経路制御装置、 ７：電子ビーム制御部、 ８：レーザ光制御部、 ９：楕円面ミラー、 １０：楕円、 １１：第１焦点、 １２：第２焦点、 １３：走査対象物、 １６：可動ミラー、 １６ｂ：反射面、 １９：反射面、 ４０：放物線、 ４１：放物面ミラー、 ４２：反射面、 Ｃ：中心線、 Ｅ：電子ビーム、 Ｒ：レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、
レーザ光を発生させるレーザ発生装置と、
発生させた電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させるための経路制御装置と、を備え、
前記経路制御装置は、
前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点に電子ビームを入射させると共に当該第１焦点への入射角度を変化させる電子ビーム制御部と、
前記楕円の第２焦点から当該楕円の一部へと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御部と、
前記楕円の前記一部に沿った反射面を有し、前記第２焦点から当該反射面に入射したレーザ光を反射させて前記電子ビームの反対側から前記第１焦点に入射させる楕円面ミラーと、
を有していることを特徴とする光子ビーム走査装置。
【請求項２】
前記レーザ光制御部は、前記第２焦点に入射したレーザ光を当該第２焦点で反射させ、かつ、その反射方向を変更可能とする可動ミラーを有している請求項１に記載の光子ビーム走査装置。
【請求項３】
前記可動ミラーは、前記第２焦点に反射面を有し当該第２焦点を通過する中心線回りに回転する回転ミラーである請求項２に記載の光子ビーム走査装置。
【請求項４】
前記レーザ光制御部は、前記第２焦点を焦点とする放物線の一部に沿った反射面を有し前記レーザ光が前記第２焦点を通過するように反射させる放物面ミラーを有している請求項１に記載の光子ビーム走査装置。
【請求項５】
電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させ、光子ビームを発生させて行う光子ビーム走査方法であって、
前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点への電子ビームの入射角度を変化させる電子ビーム制御ステップと、前記楕円の第２焦点から、当該楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御ステップとを備えていることを特徴とする光子ビーム走査方法。
【請求項１】
電子ビームを発生させる電子ビーム発生装置と、
レーザ光を発生させるレーザ発生装置と、
発生させた電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させるための経路制御装置と、を備え、
前記経路制御装置は、
前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点に電子ビームを入射させると共に当該第１焦点への入射角度を変化させる電子ビーム制御部と、
前記楕円の第２焦点から当該楕円の一部へと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御部と、
前記楕円の前記一部に沿った反射面を有し、前記第２焦点から当該反射面に入射したレーザ光を反射させて前記電子ビームの反対側から前記第１焦点に入射させる楕円面ミラーと、
を有していることを特徴とする光子ビーム走査装置。
【請求項２】
前記レーザ光制御部は、前記第２焦点に入射したレーザ光を当該第２焦点で反射させ、かつ、その反射方向を変更可能とする可動ミラーを有している請求項１に記載の光子ビーム走査装置。
【請求項３】
前記可動ミラーは、前記第２焦点に反射面を有し当該第２焦点を通過する中心線回りに回転する回転ミラーである請求項２に記載の光子ビーム走査装置。
【請求項４】
前記レーザ光制御部は、前記第２焦点を焦点とする放物線の一部に沿った反射面を有し前記レーザ光が前記第２焦点を通過するように反射させる放物面ミラーを有している請求項１に記載の光子ビーム走査装置。
【請求項５】
電子ビーム及びレーザ光の経路を制御して電子ビームとレーザ光とを衝突させ、光子ビームを発生させて行う光子ビーム走査方法であって、
前記電子ビームの経路を制御して仮想的に設定された楕円の第１焦点への電子ビームの入射角度を変化させる電子ビーム制御ステップと、前記楕円の第２焦点から、当該楕円の一部に沿った反射面を有する楕円面ミラーへと向かう前記レーザ光の進行方向を変化させるレーザ光制御ステップとを備えていることを特徴とする光子ビーム走査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７３０７６（Ｐ２０１２−１７３０７６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４１９３（Ｐ２０１１−３４１９３）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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