電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置および方法
【課題】電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ場合でも、電子ビームとレーザ光の実衝突点を予定衝突点またはその近傍に精度よく位置決めすることができ、これにより、Ｘ線の発生出力を高め、かつＸ線の仮想焦点の変動を防止して、これを用いて撮像した像の解像度を高めることができる電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置および方法を提供する。
【解決手段】電子ビーム１の通過時からそれが予定衝突点９ａに到達するまでのビーム遅延時間ｔＢが、レーザ光３の発生指令からそれが予定衝突点９ａに到達するまでのレーザ遅延時間ｔＬよりも、所定の遅延時間Δｔ以上に長くなるように、電子ビームの通過経路上に電子ビーム検出装置３４を設ける。この装置３４により、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出し、その検出後、所定の遅延時間Δｔ（＝ｔＢ―ｔＬ）の経過後に、レーザ光指令遅延回路３６からレーザ光の発生指令を出力する。
【解決手段】電子ビーム１の通過時からそれが予定衝突点９ａに到達するまでのビーム遅延時間ｔＢが、レーザ光３の発生指令からそれが予定衝突点９ａに到達するまでのレーザ遅延時間ｔＬよりも、所定の遅延時間Δｔ以上に長くなるように、電子ビームの通過経路上に電子ビーム検出装置３４を設ける。この装置３４により、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出し、その検出後、所定の遅延時間Δｔ（＝ｔＢ―ｔＬ）の経過後に、レーザ光指令遅延回路３６からレーザ光の発生指令を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させる際の電子ビームとレーザ光の衝突タイミングを調整する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の装置でＸ線を発生させる手段として、電子ビームとレーザ光の衝突によって逆コンプトン散乱に起因する準単色Ｘ線を得る手段が知られている（例えば、非特許文献１、特許文献１〜３）。
【０００３】
非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」は、図８に示すように、小型の加速器５１（Ｘバンド加速管）で加速された電子ビーム５２をレーザ５３と衝突させてＸ線５４を発生させるものである。ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電子銃５５（熱ＲＦガン）で生成された電子ビーム５２はＸバンド加速管５１で加速され、パルスレーザ光５３と衝突し、コンプトン散乱により、時間幅１０ｎｓの硬Ｘ線５４が生成される。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるＳバンド（２．８５６ＧＨｚ）の４倍の周波数にあたるＸバンド（１１．４２４ＧＨｚ）をＲＦとして用いて小型化を図っており、例えばＸ線強度（光子数）：約１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１０ｐｓの強力な硬Ｘ線の発生が予測されている。
【０００４】
特許文献１の「高輝度Ｘ線又はγ線の発生方法及び装置」は、超高反射率ミラーを用いた光共振器でレーザ光を蓄積し、これを利用して小さな初期レーザからでも強力な高輝度Ｘ線又はγ線を得ることを目的とする。
そのため、この発明では、図９に示すように、レーザ６１からのレーザ光を光共振器６２へ送りそこでレーザ光を蓄積する。光共振器６２は超高反射率ミラー６３、６４を有し、ミラーの反射効率は０．９９９％以上のものである。この光共振器６２へ電子ビームを斜めに入れて衝突させ、その相互作用域でコンプトン散乱によるＸ線又はγ線を発生させるものである。
【０００５】
特許文献２の「Ｘ線を発生するためのシステム及び方法」は、逆コンプトン散乱のプロセスを介してＸ線を発生することを目的とする。
そのため、この発明のシステムは、図１０に示すように、レーザ空洞７０内で第１の方向７１に高エネルギの光パルス７３を方向付けるように構成されている高繰返し速度のレーザ７２と、レーザ空洞７０内で第１の方向とは反対の第２の方向７６に電子ビーム７８を方向付けるように構成されているパルス状電子ビーム７８の源７４とを含んでいる。電子ビーム７８はレーザ空洞７０内で光パルス７３中の光子と相互作用して、第２の方向７６にＸ線７５を生成するものである。
【０００６】
特許文献３の「多色Ｘ線発生装置」は、複数（２種または３種以上）の単色硬Ｘ線を、血管が動いていないとみなせる程度の短い時間間隔で順次切り換えて発生することができ、かつ血管造影等に適用可能な強力なＸ線を発生させることを目的とする。
そのため、この発明の装置は、図１１に示すように、電子ビームを加速してパルス電子ビーム８１を発生し所定の直線軌道８２を通過させる電子ビーム発生装置８５と、波長の異なる複数のパルスレーザ光８３ａ，８３ｂを順次発生する複合レーザ発生装置８６と、複数のパルスレーザ光を直線軌道８２上にパルス電子ビーム８１に対向して導入するレーザ光導入装置８７とを備え、複数のパルスレーザ光８３ａ，８３ｂを直線軌道８２上でパルス電子ビーム８１に順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線８４（８４ａ，８４ｂ）を発生させるものである。
【０００７】
【非特許文献１】土橋克広、他、「Ｘバンドリニアックを用いた小型硬Ｘ線源の開発」、第２７回リニアック技術研究会、２００２
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１０４００号公報、「高輝度Ｘ線又はγ線の発生方法及び装置」
【特許文献２】特開２００５−２８５７６４号公報、「Ｘ線を発生するためのシステム及び方法」
【特許文献３】特開２００６−３１８７４６号公報、「多色Ｘ線発生装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、レーザ光と電子ビームを衝突させ逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させる種々の手段が既に提案されている。これらの従来例では、図５に模式的に示すように、同期装置（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｉｌｌａｔｏｒ）から、遅延回路などを用いて、高周波発生装置とレーザ装置へ適切なタイミングで信号を送り、所望の場所で電子ビームとレーザ光を衝突させることを想定している。
【００１０】
図６は、従来の同期装置による衝突タイミング調整方法の模式図である。この図で横軸は時間であり、ｔＲは高周波発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（以下、「高周波遅延時間」という）、ｔｅは電子発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（以下、「電子遅延時間」という）、ｔＬはレーザ発振時からレーザ光が衝突点に到達するまでの時間（以下、「レーザ遅延時間」という）である。
上述した従来の方法では、高周波遅延時間ｔＲ、電子遅延時間ｔｅ、レーザ遅延時間ｔＬを予め装置の構成から計算し、高周波発生時から電子が発生するまでの時間ｄｔｅ（＝ｔＲ−ｔｅ：電子発生遅延時間）と、高周波発生時からレーザが発振するまでの時間ｄｔＬ（＝ｔＲ−ｔＬ：レーザ発生遅延時間）を予めそれぞれの遅延回路で設定する。
【００１１】
しかし、高周波発生装置が高周波発生信号を受けてから実際に高周波を発生するまでの時間、及び電子発生装置（例えば電子銃）が電子発生信号を受けてから実際に電子を発生するまでの時間は、厳密には０ではなく、高周波発生装置や電子発生装置（電子銃）の状態如何により、実際に発生するタイミングが揺らぐ（変動する）ことがある。
また、発生直後の電子は、加速管による加速前であり、光速と比較するとわずかに遅い（例えば、光速の９０％程度）。
そのため、上述した従来の方法では、電子ビームとレーザ光の衝突点に到達する時間がわずかに異なり、実際に衝突する位置（実衝突点）が予定衝突点からずれてしまい、その結果，衝突断面積が小さくなって発生するＸ線の量が減少し、かつＸ線の仮想焦点（発生点）が変動し、これを用いて撮像した像がぼやけてしまうという問題点があった。
【００１２】
図７は、電子ビームとレーザ光の衝突状況を模式的に示す図である。この図において、１は電子ビーム、３はレーザ光、４はＸ線、８は許容衝突領域、９ａは予定衝突点、９ｂは実衝突点である。
予定衝突点９ａは、レーザ光３と電子ビーム１の共通する軌道（光路）上に予め設定される。レーザ光３は、この例で左から右に入射するパルスレーザ光であり、予定衝突点９ａに集光して最小集光径（例えば１μｍ以下）となる。
電子ビーム１は、この例で右から左に入射する電子ビームバンチであり、レーザ光３と同時に予定衝突点９ａに到達するときに両者の衝突率が最大となり最大量のＸ線４を発生する。また、予定衝突点９ａの前後、例えば集光面積が予定衝突点９ａの２倍以下の範囲は、衝突率が十分高いため、許容衝突領域８とされる場合がある。許容衝突領域８は、例えば予定衝突点９ａの前後数１０ｍｍの範囲である。
【００１３】
電子ビームの衝突時の速度は実質的に光速（真空中で約３０万ｋｍ／ｓ＝３×１０８ｍ／ｓ）に達していいる。そのため、電子ビーム１の予定衝突点９ａに到達する時間がレーザ光３に対して、仮に１ｎｓ（＝１０−９ｓ）だけ遅い場合でも実衝突点９ｂは予定衝突点９ａに対してΔＬ（＝約３００ｍｍ）ずれてしまう。このため、許容衝突領域８からも大きく外れ、パルスレーザ光３が最小集光径に比べて大きく広がっているため、衝突率が極端に低下し（実質的に０に近い）、上述した問題点が生じる。
【００１４】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ（変動する）場合でも、電子ビームとレーザ光の実際の衝突点を予定衝突点またはその近傍に精度よく位置決めすることができ、これにより、両者の衝突率を高めてＸ線の発生出力を高め、かつＸ線の仮想焦点（発生点）の変動を防止して、これを用いて撮像した像の解像度を高めることができる電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置であって、
電子ビームの通過経路上に設けられ、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する電子ビーム検出装置と、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力するレーザ光指令遅延回路とを備え、
前記電子ビーム検出装置の設置位置は、電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記遅延時間以上に長く設定されている、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置提供される。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記電子ビーム検出装置は、電子ビームが通過するダクトの外側に設けられ、電子ビームの経路を囲む導電性の巻線と、該巻線に発生する誘導電流を計測する電流検出器からなる。
前記レーザ光を発生させるレーザ発生装置は、Ｑ−スイッチ方式のパルスレーザであり、前記電流検出器の検出により、Ｑ−スイッチのタイミングを調整する。
【００１７】
また本発明によれば、電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法であって、
電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記所定の遅延時間以上に長い設置位置を電子ビームの通過経路上に設定し、
前記設定位置において、電子ビームに影響を与えることなく電子ビームの通過を検出し、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力する、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法が提供される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、電子ビームが通過するダクトの外側に、電子ビームの経路を囲むように導電性の巻線を設け、該巻線に発生する誘導電流を計測して、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する。
【発明の効果】
【００１９】
上記本発明の装置及び方法によれば、電子ビーム検出装置の設置位置が、電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間（ｔＢ）が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間（ｔＬ）よりも、所定の遅延時間以上に長く電子ビームの通過経路上に設定される。
また、所定の遅延時間（Δｔ）は、遅延回路により、０．１ｎｓ以下の高精度で可変調整可能である。
従って、高周波発生装置や電子発生装置（電子銃）の状態如何により、実際に電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ（変動する）場合でも、ビーム遅延時間ｔＢ、レーザ遅延時間ｔＬ、およびその差（遅延時間）Δｔは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。
【００２０】
従って、電子ビームの通過経路上に設定した設定位置において、電子ビームに影響を与えることなく電子ビームの通過を検出し、この検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力することにより、発生指令に対して電子または電子ビームの発生タイミングが変動する場合でも、電子ビームの上記検出位置の通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間の揺らぎ（変動）を小さく抑えることができる。
その結果、電子ビームとレーザ光の衝突断面積がほぼ一定となり、発生Ｘ線の強度の時間的揺らぎを小さくすることができ、再現性が良くなることが期待できる。また，Ｘ線の仮想焦点も変わらないため，より高精細なＸ線画像を撮像可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明による衝突タイミング調整装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。このＸ線発生装置は、電子ビーム発生装置１０、レーザ光周回装置２０およびレーザ発生装置３０を備え、電子ビーム１とパルスレーザ光３とを正面衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線４を発生させる装置である。
【００２３】
電子ビーム発生装置１０は、電子ビームを加速してパルス電子ビーム１を発生し所定の直線軌道２を通過させる機能を有する。
この例において、電子ビーム発生装置１０は、ＲＦ電子銃１１、α‐磁石１２、加速管１３、ベンディング磁石１４、Ｑ−磁石１５、減速管１６、およびビームダンプ１７を備える。
【００２４】
ＲＦ電子銃１１と加速管１３は、Ｘバンド（１１．４２４ＧＨｚ）の高周波電源１８により駆動される。ＲＦ電子銃１１から引き出された電子ビームは、α‐磁石１２により軌道を変えて加速管１３に入射する。加速管１３は、小型のＸバンド加速管であり、電子ビームを加速し、好ましくは約５０ＭｅＶ前後の高エネルギの電子ビームを形成する。
【００２５】
ベンディング磁石１４は、パルス電子ビーム１の軌道を磁場で曲げて所定の直線軌道２を通過させ、通過後のパルス電子ビーム１をビームダンプ１７まで導く。Ｑ−磁石１５はパルス電子ビーム１の収束具合を調整する。減速管１６は、パルス電子ビーム１を減速する。ビームダンプ１７は、直線軌道２を通過した後のパルス電子ビーム１を捕捉して、放射線の漏洩を防止する。
【００２６】
上述した電子ビーム発生装置１０により、例えば、約５０ＭｅＶ前後、約１μｓ前後のパルス電子ビーム１を発生し、これを所定の直線軌道２を通過させることができる。
【００２７】
レーザ光周回装置２０は、パルスレーザ光３（ｐ偏光）を外部のレーザ発生装置３０から偏光ビームスプリッタ２２を介して周回路５内に導入し、このパルスレーザ光３を周回する周回路５内に閉じ込めて、周回路内の衝突点９を繰り返し通過させるようになっている。
【００２８】
この図において、レーザ光周回装置２０は、偏光ビームスプリッタ２２、複数（この図で３枚）の反射ミラー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、複数（この図で４枚）のレンズ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、ポッケルスセル２６、および制御装置（図示せず）を備える。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ２２は、第１直線偏光３ａ（ｐ偏光）をそのまま通し、これに直交する第２直線偏光３ｂ（Ｓ偏光）を直角に反射する。
３枚の反射ミラー２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、偏光ビームスプリッタ２２を出たパルスレーザ光３を複数回（この例では３回）反射して、偏光ビームスプリッタ２２に周回させ周回路５を構成する。
【００３０】
ポッケルスセル２６は、周回路５内の偏光ビームスプリッタ２２の下流側に位置し、電圧の印加時に通過する偏光の偏光方向を９０度回転する。ポッケルスセルは、光ビームの偏光方向を素早くスイッチングできる非線形光学結晶である。
制御装置（図示せず）は、偏光ビームスプリッタ２２に周回して入るパルスレーザ光３が常に第２直線偏光３ｂ（Ｓ偏光）となるようにポッケルスセル２４を制御する。
【００３１】
上述した構成により、レーザ光周回装置２０により、パルスレーザ光３を周回する周回路５内に閉じ込めて、周回路内の衝突点９を繰り返し通過させ、電子ビームとレーザ光の衝突率を高めてＸ線の発生出力を高めることができる。
なお、本発明において、上述したレーザ光周回装置２０は不可欠ではなく、これを省略し、パルスレーザ光３をワンスルーで用いてもよい。
【００３２】
本発明の衝突タイミング調整装置３２は、電子ビーム発生装置１０とレーザ発生装置３０の同期をとり、パルス電子ビーム１の発生タイミングとパルスレーザ光３との発生タイミングを制御し、パルス電子ビーム１とパルスレーザ光３を所定の直線軌道２上の衝突点９で正面衝突させる機能を有する。
【００３３】
図２は、本発明による衝突タイミング調整装置の全体構成図である。
図１において、レーザ発生装置３０は、パルスレーザ発生装置であり、衝突タイミング調整装置３２からのレーザ光の発生指令信号に対応してパルスレーザ光３を発振し出射するようになっている。このレーザ光の出射は、Ｑ−スイッチによるのがよい。
また、レーザ光３と電子ビーム１の共通する直線軌道２（光路）上に予定衝突点９ａが予め設定される。さらに、パルスレーザ光３の光路上に設置されたレンズ２５ａは、パルスレーザ光３が予定衝突点９ａを焦点としてここに集光して最小集光径となるように設定されている。最小集光径は、電子ビームとの衝突確率を高めるように、できるだけ細くするのがよく、例えば最小集光径が１μｍ以下となるように、レーザの光学系を設計する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本発明の衝突タイミング調整装置３２は、電子ビーム検出装置３４とレーザ光指令遅延回路３６とを備える。
電子ビーム検出装置３４は、電子ビーム１の通過経路上に設けられ、電子ビーム１に影響を与えることなくその通過を検出する機能を有する。
電子ビーム検出装置３４は、この例では、導電性巻線３４ａと電流検出器３４ｂからなる。導電性巻線３４ａは、電子ビーム１の通過するダクトの外側に設けられ電子ビーム１の経路を囲む。電流検出器３４ｂは、導電性巻線３４ａに発生する誘導電流を計測し、所定の閾値を超えたときに検出信号を出力する。
【００３５】
図３は、本発明による衝突タイミング調整装置の具体例である。この例において、レーザ発生装置３０は、レーザ光３を励起させるためのフラッシュランプ３０ａとＱ−スイッチ３０ｂを有し、衝突タイミング調整装置３２からのレーザ光の発生指令信号に対応してＱ−スイッチ３０ｂによりパルスレーザ光３を出射するようになっている。
すなわち、レーザ光３を発生させるレーザ発生装置３０は、Ｑ−スイッチ方式のパルスレーザであり、電流検出器３４ｂの検出により、Ｑ−スイッチのタイミングを調整する。
【００３６】
上述の構成において、衝突タイミング調整装置３２によりレーザ光の発生指令信号を出力した時点から、パルスレーザ光３が発生し予定衝突点９ａに到達するまでの時間を本出願において「レーザ遅延時間ｔＬ」とする。
Ｑ−スイッチ３０ｂの作動からパルスレーザ光３の出射までの遅延時間は極めて短く（例えば、数ｎｓ以下）かつ安定している。また、レーザ光３の光路長は、変動がほとんどなくかつ予め高精度に計測又は計算できる。従って、このレーザ遅延時間ｔＬは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。
【００３７】
また上述した電子ビーム検出装置３４により電子ビーム１の通過検出時から、電子ビーム１が予定衝突点９ａに到達するまでの時間を本出願において「ビーム遅延時間ｔＢ」とする。
本発明では、電子ビーム検出装置３４の設置位置は、ビーム遅延時間ｔＢがレーザ遅延時間ｔＬよりも、後述する遅延時間Δｔ以上に長く設定されている。この設定位置は、好ましくは加速器の下流側であり、上述した条件を満たす限りで、予定衝突点９ａに近い位置に設定する。
電子ビーム１が電子ビーム検出装置３４による検出位置を通過した後に予定衝突点９ａに到達する時間（すなわちビーム遅延時間ｔＢ）は、この設置位置において電子ビーム１の速度が実質的に光速に達しているため、変動がほとんどなく、容易かつ厳密に計算可能である。
【００３８】
本発明において、レーザ光指令遅延回路３６は、電子ビーム検出装置３４により電子ビーム１の通過を検出後、所定の遅延時間Δｔの経過後に、レーザ光３の発生指令を出力するようになっている。レーザ光指令遅延回路３６による遅延時間Δｔの設定は、０．１ｎｓ以下の高精度で可変調整可能であるのがよい。
【００３９】
図４は、本発明の衝突タイミング調整方法の模式図である。この図で横軸は時間であり、ｔＲは高周波発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（「高周波遅延時間」）、ｔｅは電子発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（「電子遅延時間」）、ｔＬはレーザ発振時からレーザ光が衝突点に到達するまでの時間（「レーザ遅延時間」）である。
さらに、ｔＢは、電子ビーム検出装置３４により電子ビーム１の通過検出時から電子ビーム１が予定衝突点９ａに到達するまでの時間（ビーム遅延時間）、Δｔは、レーザ光指令遅延回路３６による電子ビーム１の通過検出時からレーザ発振までの遅延時間である。
【００４０】
図４において、本発明の衝突タイミング調整方法では、第１ステップとして、電子ビーム１の通過時から電子ビームが予定衝突点９ａに到達するまでのビーム遅延時間ｔＢが、レーザ光３の発生指令からレーザ光が予定衝突点９ａに到達するまでのレーザ遅延時間ｔＬよりも、所定の遅延時間Δｔ以上に長い設置位置を電子ビーム１の通過経路上に設定する。
次いで、第２ステップとして、この設定位置において、電子ビーム検出装置３４により、電子ビーム１に影響を与えることなくその通過を検出する。
次いで、第３ステップとして、電子ビーム１の通過を検出後、所定の遅延時間Δｔ（＝ｔＢ―ｔＬ）の経過後に、レーザ光３の発生指令を出力する。
【００４１】
また、本発明の方法では、電子ビームが通過する真空チャンバの外側に、電子ビームの経路を囲むように導電性の巻線３４ａを設け、巻線３４ａに発生する誘導電流を電流検出器３４ｂで計測して、電子ビーム１に影響を与えることなくその通過を検出する。
【００４２】
上述したように、レーザ遅延時間ｔＬは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。また、ビーム遅延時間ｔＢも、上述した設置位置において電子ビーム１の速度が実質的に光速に達しているため、変動がほとんどなく、容易かつ厳密に計算可能である。また、ビーム遅延時間ｔＢとレーザ遅延時間ｔＬとの差Δｔは、レーザ光指令遅延回路３６により、０．１ｎｓ以下の高精度で可変調整可能である。
従って、高周波発生装置や電子発生装置（電子銃）の状態如何により、実際に電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ（変動する）場合でも、ビーム遅延時間ｔＢ、レーザ遅延時間ｔＬ、およびその差（遅延時間）Δｔは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。
【００４３】
従って、本発明の装置及び方法により、発生指令に対して電子または電子ビームの発生タイミングが変動する場合でも、電子ビーム１の検出位置の通過時から電子ビームが予定衝突点９ａに到達するまでのビーム遅延時間ｔＢの揺らぎ（変動）を小さく抑えることができる。その結果、電子ビーム１とレーザ光３の衝突断面積がほぼ一定となり、発生Ｘ線の強度の時間的揺らぎを小さくすることができ、Ｘ線の発生出力を高めることができる。また，Ｘ線の仮想焦点（発生点）も変わらないため，より高精細なＸ線画像を撮像可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による衝突タイミング調整装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。
【図２】本発明による衝突タイミング調整装置の全体構成図である。
【図３】本発明による衝突タイミング調整装置の具体例である。
【図４】本発明の衝突タイミング調整方法の模式図である。
【図５】従来の衝突タイミング調整装置の模式図である。
【図６】従来の衝突タイミング調整方法の模式図である。
【図７】電子ビームとレーザ光の衝突状況を模式的に示す図である。
【図８】非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」の構成図である。
【図９】特許文献１の「高輝度Ｘ線又はγ線の発生方法及び装置」の構成図である。
【図１０】特許文献２の「Ｘ線を発生するためのシステム及び方法」の構成図である。
【図１１】特許文献３の「多色Ｘ線発生装置」の構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電子ビーム（パルス電子ビーム）、２ 直線軌道、
３ レーザ光（パルスレーザ光）、４ Ｘ線（硬Ｘ線）、
５ 周回路、８ 許容衝突領域、９ 衝突点、
９ａ 予定衝突点、９ｂ 実衝突点、
１０ 電子ビーム発生装置、１１ ＲＦ電子銃、
１２ α‐磁石、１３ 加速管、１４ ベンディング磁石、
１５ Ｑ−磁石、１６ 減速管、１７ ビームダンプ、
２０ レーザ光周回装置、２２ 偏光ビームスプリッタ、
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 反射ミラー、
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ レンズ、
２６ ポッケルスセル、３０ レーザ発生装置、
３０ａ フラッシュランプ、３０ｂ Ｑ−スイッチ、
３２ 衝突タイミング調整装置、
３４ 電子ビーム検出装置、３４ａ 導電性巻線、
３４ｂ 電流検出器、３６ レーザ光指令遅延回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させる際の電子ビームとレーザ光の衝突タイミングを調整する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の装置でＸ線を発生させる手段として、電子ビームとレーザ光の衝突によって逆コンプトン散乱に起因する準単色Ｘ線を得る手段が知られている（例えば、非特許文献１、特許文献１〜３）。
【０００３】
非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」は、図８に示すように、小型の加速器５１（Ｘバンド加速管）で加速された電子ビーム５２をレーザ５３と衝突させてＸ線５４を発生させるものである。ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電子銃５５（熱ＲＦガン）で生成された電子ビーム５２はＸバンド加速管５１で加速され、パルスレーザ光５３と衝突し、コンプトン散乱により、時間幅１０ｎｓの硬Ｘ線５４が生成される。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるＳバンド（２．８５６ＧＨｚ）の４倍の周波数にあたるＸバンド（１１．４２４ＧＨｚ）をＲＦとして用いて小型化を図っており、例えばＸ線強度（光子数）：約１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１０ｐｓの強力な硬Ｘ線の発生が予測されている。
【０００４】
特許文献１の「高輝度Ｘ線又はγ線の発生方法及び装置」は、超高反射率ミラーを用いた光共振器でレーザ光を蓄積し、これを利用して小さな初期レーザからでも強力な高輝度Ｘ線又はγ線を得ることを目的とする。
そのため、この発明では、図９に示すように、レーザ６１からのレーザ光を光共振器６２へ送りそこでレーザ光を蓄積する。光共振器６２は超高反射率ミラー６３、６４を有し、ミラーの反射効率は０．９９９％以上のものである。この光共振器６２へ電子ビームを斜めに入れて衝突させ、その相互作用域でコンプトン散乱によるＸ線又はγ線を発生させるものである。
【０００５】
特許文献２の「Ｘ線を発生するためのシステム及び方法」は、逆コンプトン散乱のプロセスを介してＸ線を発生することを目的とする。
そのため、この発明のシステムは、図１０に示すように、レーザ空洞７０内で第１の方向７１に高エネルギの光パルス７３を方向付けるように構成されている高繰返し速度のレーザ７２と、レーザ空洞７０内で第１の方向とは反対の第２の方向７６に電子ビーム７８を方向付けるように構成されているパルス状電子ビーム７８の源７４とを含んでいる。電子ビーム７８はレーザ空洞７０内で光パルス７３中の光子と相互作用して、第２の方向７６にＸ線７５を生成するものである。
【０００６】
特許文献３の「多色Ｘ線発生装置」は、複数（２種または３種以上）の単色硬Ｘ線を、血管が動いていないとみなせる程度の短い時間間隔で順次切り換えて発生することができ、かつ血管造影等に適用可能な強力なＸ線を発生させることを目的とする。
そのため、この発明の装置は、図１１に示すように、電子ビームを加速してパルス電子ビーム８１を発生し所定の直線軌道８２を通過させる電子ビーム発生装置８５と、波長の異なる複数のパルスレーザ光８３ａ，８３ｂを順次発生する複合レーザ発生装置８６と、複数のパルスレーザ光を直線軌道８２上にパルス電子ビーム８１に対向して導入するレーザ光導入装置８７とを備え、複数のパルスレーザ光８３ａ，８３ｂを直線軌道８２上でパルス電子ビーム８１に順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線８４（８４ａ，８４ｂ）を発生させるものである。
【０００７】
【非特許文献１】土橋克広、他、「Ｘバンドリニアックを用いた小型硬Ｘ線源の開発」、第２７回リニアック技術研究会、２００２
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１１０４００号公報、「高輝度Ｘ線又はγ線の発生方法及び装置」
【特許文献２】特開２００５−２８５７６４号公報、「Ｘ線を発生するためのシステム及び方法」
【特許文献３】特開２００６−３１８７４６号公報、「多色Ｘ線発生装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、レーザ光と電子ビームを衝突させ逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させる種々の手段が既に提案されている。これらの従来例では、図５に模式的に示すように、同期装置（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｉｌｌａｔｏｒ）から、遅延回路などを用いて、高周波発生装置とレーザ装置へ適切なタイミングで信号を送り、所望の場所で電子ビームとレーザ光を衝突させることを想定している。
【００１０】
図６は、従来の同期装置による衝突タイミング調整方法の模式図である。この図で横軸は時間であり、ｔＲは高周波発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（以下、「高周波遅延時間」という）、ｔｅは電子発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（以下、「電子遅延時間」という）、ｔＬはレーザ発振時からレーザ光が衝突点に到達するまでの時間（以下、「レーザ遅延時間」という）である。
上述した従来の方法では、高周波遅延時間ｔＲ、電子遅延時間ｔｅ、レーザ遅延時間ｔＬを予め装置の構成から計算し、高周波発生時から電子が発生するまでの時間ｄｔｅ（＝ｔＲ−ｔｅ：電子発生遅延時間）と、高周波発生時からレーザが発振するまでの時間ｄｔＬ（＝ｔＲ−ｔＬ：レーザ発生遅延時間）を予めそれぞれの遅延回路で設定する。
【００１１】
しかし、高周波発生装置が高周波発生信号を受けてから実際に高周波を発生するまでの時間、及び電子発生装置（例えば電子銃）が電子発生信号を受けてから実際に電子を発生するまでの時間は、厳密には０ではなく、高周波発生装置や電子発生装置（電子銃）の状態如何により、実際に発生するタイミングが揺らぐ（変動する）ことがある。
また、発生直後の電子は、加速管による加速前であり、光速と比較するとわずかに遅い（例えば、光速の９０％程度）。
そのため、上述した従来の方法では、電子ビームとレーザ光の衝突点に到達する時間がわずかに異なり、実際に衝突する位置（実衝突点）が予定衝突点からずれてしまい、その結果，衝突断面積が小さくなって発生するＸ線の量が減少し、かつＸ線の仮想焦点（発生点）が変動し、これを用いて撮像した像がぼやけてしまうという問題点があった。
【００１２】
図７は、電子ビームとレーザ光の衝突状況を模式的に示す図である。この図において、１は電子ビーム、３はレーザ光、４はＸ線、８は許容衝突領域、９ａは予定衝突点、９ｂは実衝突点である。
予定衝突点９ａは、レーザ光３と電子ビーム１の共通する軌道（光路）上に予め設定される。レーザ光３は、この例で左から右に入射するパルスレーザ光であり、予定衝突点９ａに集光して最小集光径（例えば１μｍ以下）となる。
電子ビーム１は、この例で右から左に入射する電子ビームバンチであり、レーザ光３と同時に予定衝突点９ａに到達するときに両者の衝突率が最大となり最大量のＸ線４を発生する。また、予定衝突点９ａの前後、例えば集光面積が予定衝突点９ａの２倍以下の範囲は、衝突率が十分高いため、許容衝突領域８とされる場合がある。許容衝突領域８は、例えば予定衝突点９ａの前後数１０ｍｍの範囲である。
【００１３】
電子ビームの衝突時の速度は実質的に光速（真空中で約３０万ｋｍ／ｓ＝３×１０８ｍ／ｓ）に達していいる。そのため、電子ビーム１の予定衝突点９ａに到達する時間がレーザ光３に対して、仮に１ｎｓ（＝１０−９ｓ）だけ遅い場合でも実衝突点９ｂは予定衝突点９ａに対してΔＬ（＝約３００ｍｍ）ずれてしまう。このため、許容衝突領域８からも大きく外れ、パルスレーザ光３が最小集光径に比べて大きく広がっているため、衝突率が極端に低下し（実質的に０に近い）、上述した問題点が生じる。
【００１４】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ（変動する）場合でも、電子ビームとレーザ光の実際の衝突点を予定衝突点またはその近傍に精度よく位置決めすることができ、これにより、両者の衝突率を高めてＸ線の発生出力を高め、かつＸ線の仮想焦点（発生点）の変動を防止して、これを用いて撮像した像の解像度を高めることができる電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置であって、
電子ビームの通過経路上に設けられ、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する電子ビーム検出装置と、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力するレーザ光指令遅延回路とを備え、
前記電子ビーム検出装置の設置位置は、電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記遅延時間以上に長く設定されている、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置提供される。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記電子ビーム検出装置は、電子ビームが通過するダクトの外側に設けられ、電子ビームの経路を囲む導電性の巻線と、該巻線に発生する誘導電流を計測する電流検出器からなる。
前記レーザ光を発生させるレーザ発生装置は、Ｑ−スイッチ方式のパルスレーザであり、前記電流検出器の検出により、Ｑ−スイッチのタイミングを調整する。
【００１７】
また本発明によれば、電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法であって、
電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記所定の遅延時間以上に長い設置位置を電子ビームの通過経路上に設定し、
前記設定位置において、電子ビームに影響を与えることなく電子ビームの通過を検出し、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力する、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法が提供される。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、電子ビームが通過するダクトの外側に、電子ビームの経路を囲むように導電性の巻線を設け、該巻線に発生する誘導電流を計測して、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する。
【発明の効果】
【００１９】
上記本発明の装置及び方法によれば、電子ビーム検出装置の設置位置が、電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間（ｔＢ）が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間（ｔＬ）よりも、所定の遅延時間以上に長く電子ビームの通過経路上に設定される。
また、所定の遅延時間（Δｔ）は、遅延回路により、０．１ｎｓ以下の高精度で可変調整可能である。
従って、高周波発生装置や電子発生装置（電子銃）の状態如何により、実際に電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ（変動する）場合でも、ビーム遅延時間ｔＢ、レーザ遅延時間ｔＬ、およびその差（遅延時間）Δｔは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。
【００２０】
従って、電子ビームの通過経路上に設定した設定位置において、電子ビームに影響を与えることなく電子ビームの通過を検出し、この検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力することにより、発生指令に対して電子または電子ビームの発生タイミングが変動する場合でも、電子ビームの上記検出位置の通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間の揺らぎ（変動）を小さく抑えることができる。
その結果、電子ビームとレーザ光の衝突断面積がほぼ一定となり、発生Ｘ線の強度の時間的揺らぎを小さくすることができ、再現性が良くなることが期待できる。また，Ｘ線の仮想焦点も変わらないため，より高精細なＸ線画像を撮像可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明による衝突タイミング調整装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。このＸ線発生装置は、電子ビーム発生装置１０、レーザ光周回装置２０およびレーザ発生装置３０を備え、電子ビーム１とパルスレーザ光３とを正面衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線４を発生させる装置である。
【００２３】
電子ビーム発生装置１０は、電子ビームを加速してパルス電子ビーム１を発生し所定の直線軌道２を通過させる機能を有する。
この例において、電子ビーム発生装置１０は、ＲＦ電子銃１１、α‐磁石１２、加速管１３、ベンディング磁石１４、Ｑ−磁石１５、減速管１６、およびビームダンプ１７を備える。
【００２４】
ＲＦ電子銃１１と加速管１３は、Ｘバンド（１１．４２４ＧＨｚ）の高周波電源１８により駆動される。ＲＦ電子銃１１から引き出された電子ビームは、α‐磁石１２により軌道を変えて加速管１３に入射する。加速管１３は、小型のＸバンド加速管であり、電子ビームを加速し、好ましくは約５０ＭｅＶ前後の高エネルギの電子ビームを形成する。
【００２５】
ベンディング磁石１４は、パルス電子ビーム１の軌道を磁場で曲げて所定の直線軌道２を通過させ、通過後のパルス電子ビーム１をビームダンプ１７まで導く。Ｑ−磁石１５はパルス電子ビーム１の収束具合を調整する。減速管１６は、パルス電子ビーム１を減速する。ビームダンプ１７は、直線軌道２を通過した後のパルス電子ビーム１を捕捉して、放射線の漏洩を防止する。
【００２６】
上述した電子ビーム発生装置１０により、例えば、約５０ＭｅＶ前後、約１μｓ前後のパルス電子ビーム１を発生し、これを所定の直線軌道２を通過させることができる。
【００２７】
レーザ光周回装置２０は、パルスレーザ光３（ｐ偏光）を外部のレーザ発生装置３０から偏光ビームスプリッタ２２を介して周回路５内に導入し、このパルスレーザ光３を周回する周回路５内に閉じ込めて、周回路内の衝突点９を繰り返し通過させるようになっている。
【００２８】
この図において、レーザ光周回装置２０は、偏光ビームスプリッタ２２、複数（この図で３枚）の反射ミラー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、複数（この図で４枚）のレンズ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、ポッケルスセル２６、および制御装置（図示せず）を備える。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ２２は、第１直線偏光３ａ（ｐ偏光）をそのまま通し、これに直交する第２直線偏光３ｂ（Ｓ偏光）を直角に反射する。
３枚の反射ミラー２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、偏光ビームスプリッタ２２を出たパルスレーザ光３を複数回（この例では３回）反射して、偏光ビームスプリッタ２２に周回させ周回路５を構成する。
【００３０】
ポッケルスセル２６は、周回路５内の偏光ビームスプリッタ２２の下流側に位置し、電圧の印加時に通過する偏光の偏光方向を９０度回転する。ポッケルスセルは、光ビームの偏光方向を素早くスイッチングできる非線形光学結晶である。
制御装置（図示せず）は、偏光ビームスプリッタ２２に周回して入るパルスレーザ光３が常に第２直線偏光３ｂ（Ｓ偏光）となるようにポッケルスセル２４を制御する。
【００３１】
上述した構成により、レーザ光周回装置２０により、パルスレーザ光３を周回する周回路５内に閉じ込めて、周回路内の衝突点９を繰り返し通過させ、電子ビームとレーザ光の衝突率を高めてＸ線の発生出力を高めることができる。
なお、本発明において、上述したレーザ光周回装置２０は不可欠ではなく、これを省略し、パルスレーザ光３をワンスルーで用いてもよい。
【００３２】
本発明の衝突タイミング調整装置３２は、電子ビーム発生装置１０とレーザ発生装置３０の同期をとり、パルス電子ビーム１の発生タイミングとパルスレーザ光３との発生タイミングを制御し、パルス電子ビーム１とパルスレーザ光３を所定の直線軌道２上の衝突点９で正面衝突させる機能を有する。
【００３３】
図２は、本発明による衝突タイミング調整装置の全体構成図である。
図１において、レーザ発生装置３０は、パルスレーザ発生装置であり、衝突タイミング調整装置３２からのレーザ光の発生指令信号に対応してパルスレーザ光３を発振し出射するようになっている。このレーザ光の出射は、Ｑ−スイッチによるのがよい。
また、レーザ光３と電子ビーム１の共通する直線軌道２（光路）上に予定衝突点９ａが予め設定される。さらに、パルスレーザ光３の光路上に設置されたレンズ２５ａは、パルスレーザ光３が予定衝突点９ａを焦点としてここに集光して最小集光径となるように設定されている。最小集光径は、電子ビームとの衝突確率を高めるように、できるだけ細くするのがよく、例えば最小集光径が１μｍ以下となるように、レーザの光学系を設計する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本発明の衝突タイミング調整装置３２は、電子ビーム検出装置３４とレーザ光指令遅延回路３６とを備える。
電子ビーム検出装置３４は、電子ビーム１の通過経路上に設けられ、電子ビーム１に影響を与えることなくその通過を検出する機能を有する。
電子ビーム検出装置３４は、この例では、導電性巻線３４ａと電流検出器３４ｂからなる。導電性巻線３４ａは、電子ビーム１の通過するダクトの外側に設けられ電子ビーム１の経路を囲む。電流検出器３４ｂは、導電性巻線３４ａに発生する誘導電流を計測し、所定の閾値を超えたときに検出信号を出力する。
【００３５】
図３は、本発明による衝突タイミング調整装置の具体例である。この例において、レーザ発生装置３０は、レーザ光３を励起させるためのフラッシュランプ３０ａとＱ−スイッチ３０ｂを有し、衝突タイミング調整装置３２からのレーザ光の発生指令信号に対応してＱ−スイッチ３０ｂによりパルスレーザ光３を出射するようになっている。
すなわち、レーザ光３を発生させるレーザ発生装置３０は、Ｑ−スイッチ方式のパルスレーザであり、電流検出器３４ｂの検出により、Ｑ−スイッチのタイミングを調整する。
【００３６】
上述の構成において、衝突タイミング調整装置３２によりレーザ光の発生指令信号を出力した時点から、パルスレーザ光３が発生し予定衝突点９ａに到達するまでの時間を本出願において「レーザ遅延時間ｔＬ」とする。
Ｑ−スイッチ３０ｂの作動からパルスレーザ光３の出射までの遅延時間は極めて短く（例えば、数ｎｓ以下）かつ安定している。また、レーザ光３の光路長は、変動がほとんどなくかつ予め高精度に計測又は計算できる。従って、このレーザ遅延時間ｔＬは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。
【００３７】
また上述した電子ビーム検出装置３４により電子ビーム１の通過検出時から、電子ビーム１が予定衝突点９ａに到達するまでの時間を本出願において「ビーム遅延時間ｔＢ」とする。
本発明では、電子ビーム検出装置３４の設置位置は、ビーム遅延時間ｔＢがレーザ遅延時間ｔＬよりも、後述する遅延時間Δｔ以上に長く設定されている。この設定位置は、好ましくは加速器の下流側であり、上述した条件を満たす限りで、予定衝突点９ａに近い位置に設定する。
電子ビーム１が電子ビーム検出装置３４による検出位置を通過した後に予定衝突点９ａに到達する時間（すなわちビーム遅延時間ｔＢ）は、この設置位置において電子ビーム１の速度が実質的に光速に達しているため、変動がほとんどなく、容易かつ厳密に計算可能である。
【００３８】
本発明において、レーザ光指令遅延回路３６は、電子ビーム検出装置３４により電子ビーム１の通過を検出後、所定の遅延時間Δｔの経過後に、レーザ光３の発生指令を出力するようになっている。レーザ光指令遅延回路３６による遅延時間Δｔの設定は、０．１ｎｓ以下の高精度で可変調整可能であるのがよい。
【００３９】
図４は、本発明の衝突タイミング調整方法の模式図である。この図で横軸は時間であり、ｔＲは高周波発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（「高周波遅延時間」）、ｔｅは電子発生時から電子ビームが衝突点に到達するまでの時間（「電子遅延時間」）、ｔＬはレーザ発振時からレーザ光が衝突点に到達するまでの時間（「レーザ遅延時間」）である。
さらに、ｔＢは、電子ビーム検出装置３４により電子ビーム１の通過検出時から電子ビーム１が予定衝突点９ａに到達するまでの時間（ビーム遅延時間）、Δｔは、レーザ光指令遅延回路３６による電子ビーム１の通過検出時からレーザ発振までの遅延時間である。
【００４０】
図４において、本発明の衝突タイミング調整方法では、第１ステップとして、電子ビーム１の通過時から電子ビームが予定衝突点９ａに到達するまでのビーム遅延時間ｔＢが、レーザ光３の発生指令からレーザ光が予定衝突点９ａに到達するまでのレーザ遅延時間ｔＬよりも、所定の遅延時間Δｔ以上に長い設置位置を電子ビーム１の通過経路上に設定する。
次いで、第２ステップとして、この設定位置において、電子ビーム検出装置３４により、電子ビーム１に影響を与えることなくその通過を検出する。
次いで、第３ステップとして、電子ビーム１の通過を検出後、所定の遅延時間Δｔ（＝ｔＢ―ｔＬ）の経過後に、レーザ光３の発生指令を出力する。
【００４１】
また、本発明の方法では、電子ビームが通過する真空チャンバの外側に、電子ビームの経路を囲むように導電性の巻線３４ａを設け、巻線３４ａに発生する誘導電流を電流検出器３４ｂで計測して、電子ビーム１に影響を与えることなくその通過を検出する。
【００４２】
上述したように、レーザ遅延時間ｔＬは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。また、ビーム遅延時間ｔＢも、上述した設置位置において電子ビーム１の速度が実質的に光速に達しているため、変動がほとんどなく、容易かつ厳密に計算可能である。また、ビーム遅延時間ｔＢとレーザ遅延時間ｔＬとの差Δｔは、レーザ光指令遅延回路３６により、０．１ｎｓ以下の高精度で可変調整可能である。
従って、高周波発生装置や電子発生装置（電子銃）の状態如何により、実際に電子または電子ビームの発生タイミングが揺らぐ（変動する）場合でも、ビーム遅延時間ｔＢ、レーザ遅延時間ｔＬ、およびその差（遅延時間）Δｔは、変動がほとんどなくかつ予め高精度に求めることができる。
【００４３】
従って、本発明の装置及び方法により、発生指令に対して電子または電子ビームの発生タイミングが変動する場合でも、電子ビーム１の検出位置の通過時から電子ビームが予定衝突点９ａに到達するまでのビーム遅延時間ｔＢの揺らぎ（変動）を小さく抑えることができる。その結果、電子ビーム１とレーザ光３の衝突断面積がほぼ一定となり、発生Ｘ線の強度の時間的揺らぎを小さくすることができ、Ｘ線の発生出力を高めることができる。また，Ｘ線の仮想焦点（発生点）も変わらないため，より高精細なＸ線画像を撮像可能となる。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明による衝突タイミング調整装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。
【図２】本発明による衝突タイミング調整装置の全体構成図である。
【図３】本発明による衝突タイミング調整装置の具体例である。
【図４】本発明の衝突タイミング調整方法の模式図である。
【図５】従来の衝突タイミング調整装置の模式図である。
【図６】従来の衝突タイミング調整方法の模式図である。
【図７】電子ビームとレーザ光の衝突状況を模式的に示す図である。
【図８】非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」の構成図である。
【図９】特許文献１の「高輝度Ｘ線又はγ線の発生方法及び装置」の構成図である。
【図１０】特許文献２の「Ｘ線を発生するためのシステム及び方法」の構成図である。
【図１１】特許文献３の「多色Ｘ線発生装置」の構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 電子ビーム（パルス電子ビーム）、２ 直線軌道、
３ レーザ光（パルスレーザ光）、４ Ｘ線（硬Ｘ線）、
５ 周回路、８ 許容衝突領域、９ 衝突点、
９ａ 予定衝突点、９ｂ 実衝突点、
１０ 電子ビーム発生装置、１１ ＲＦ電子銃、
１２ α‐磁石、１３ 加速管、１４ ベンディング磁石、
１５ Ｑ−磁石、１６ 減速管、１７ ビームダンプ、
２０ レーザ光周回装置、２２ 偏光ビームスプリッタ、
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 反射ミラー、
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ レンズ、
２６ ポッケルスセル、３０ レーザ発生装置、
３０ａ フラッシュランプ、３０ｂ Ｑ−スイッチ、
３２ 衝突タイミング調整装置、
３４ 電子ビーム検出装置、３４ａ 導電性巻線、
３４ｂ 電流検出器、３６ レーザ光指令遅延回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置であって、
電子ビームの通過経路上に設けられ、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する電子ビーム検出装置と、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力するレーザ光指令遅延回路とを備え、
前記電子ビーム検出装置の設置位置は、電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記遅延時間以上に長く設定されている、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置。
【請求項２】
前記電子ビーム検出装置は、電子ビームが通過するダクトの外側に設けられ、電子ビームの経路を囲む導電性の巻線と、該巻線に発生する誘導電流を計測する電流検出器からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の衝突タイミング調整装置。
【請求項３】
前記レーザ光を発生させるレーザ発生装置は、Ｑ−スイッチ方式のパルスレーザであり、前記電流検出器の検出により、Ｑ−スイッチのタイミングを調整する、ことを特徴とする請求項２に記載の衝突タイミング調整装置。
【請求項４】
電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法であって、
電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記所定の遅延時間以上に長い設置位置を電子ビームの通過経路上に設定し、
前記設定位置において、電子ビームに影響を与えることなく電子ビームの通過を検出し、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力する、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法。
【請求項５】
電子ビームが通過するダクトの外側に、電子ビームの経路を囲むように導電性の巻線を設け、該巻線に発生する誘導電流を計測して、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の衝突タイミング調整方法。
【請求項１】
電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置であって、
電子ビームの通過経路上に設けられ、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する電子ビーム検出装置と、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力するレーザ光指令遅延回路とを備え、
前記電子ビーム検出装置の設置位置は、電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記遅延時間以上に長く設定されている、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整装置。
【請求項２】
前記電子ビーム検出装置は、電子ビームが通過するダクトの外側に設けられ、電子ビームの経路を囲む導電性の巻線と、該巻線に発生する誘導電流を計測する電流検出器からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の衝突タイミング調整装置。
【請求項３】
前記レーザ光を発生させるレーザ発生装置は、Ｑ−スイッチ方式のパルスレーザであり、前記電流検出器の検出により、Ｑ−スイッチのタイミングを調整する、ことを特徴とする請求項２に記載の衝突タイミング調整装置。
【請求項４】
電子ビームとレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置における電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法であって、
電子ビームの通過時から該電子ビームが予定衝突点に到達するまでのビーム遅延時間が、レーザ光の発生指令から該レーザ光が予定衝突点に到達するまでのレーザ遅延時間よりも、前記所定の遅延時間以上に長い設置位置を電子ビームの通過経路上に設定し、
前記設定位置において、電子ビームに影響を与えることなく電子ビームの通過を検出し、
前記電子ビームの通過を検出後、所定の遅延時間経過後に、レーザ光の発生指令を出力する、ことを特徴とする電子ビームとレーザ光の衝突タイミング調整方法。
【請求項５】
電子ビームが通過するダクトの外側に、電子ビームの経路を囲むように導電性の巻線を設け、該巻線に発生する誘導電流を計測して、電子ビームに影響を与えることなくその通過を検出する、ことを特徴とする請求項３に記載の衝突タイミング調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１６１２３（Ｐ２００９−１６１２３Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７５１９０（Ｐ２００７−１７５１９０）
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度独立法人科学技術振興機構革新技術開発研究事業、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１８年度独立法人科学技術振興機構革新技術開発研究事業、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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