(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度、高再現性があり、大規模加速器における複数のビーム位置計測手段を設置する場合に、それぞれのビーム位置計測信号の同期を確保することができ、更に、人の判断と操作を不要とするビーム位置フィードバック制御装置を可能とした加速器のビーム位置計測装置を提供する。【解決手段】位置センサ７００に接続した位置信号処理回路７０１と、位置信号処理回路７０１の出力によりゲインを判定するゲイン判定手段７０２と、ゲイン判定手段７０２により位置信号処理回路７０１の出力の減衰量を切換える減衰量切換え手段７０３と、減衰量切換え手段７０３の出力を位置データに変換してプロセッサ７０６に入力にするアナログ信号入力手段７０４と、ゲイン判定手段７０２の選択信号を減衰量データとしてプロセッサ７０６に入力するデジタル入力手段７０５を備え、前記のアナログデータに対して、減衰量の補正をプロセッサ７０６で行う。【選択図】図７
2010021151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの平衡軌道を収める真空ダクト内に設けられた複数のポジション電極と、このポジション電極で発生した電圧信号をアナログ処理するアナログ信号処理回路と、このアナログ信号処理回路のアナログ信号の帯域を制限するフィルターと、サンプリングクロックに従ってデジタルサンプリングを行うＡＤ変換器と、デジタルサンプリングしたデータを蓄積するメモリと、このメモリに蓄積されたデータを演算処理する中央演算装置と、中央演算装置で演算処理した信号を伝送する伝送回路と、これらのデジタル信号処理を制御する制御回路とを備えた加速器のビーム位置計測装置において、
電子ビームの位置信号処理回路と、この位置信号処理回路の出力によりゲインを判定するゲイン判定手段と、このゲイン判定手段により前記の位置信号処理回路の出力の減衰量を切換える減衰量切換え手段と、この減衰量切換え手段の出力をデジタルデータに変換してプロセッサに入力するアナログ信号入力手段と、前記のゲイン判定手段の選択信号をデジタルデータとしてプロセッサに入力するデジタル信号入力手段とを備え、前記のアナログデータに対して、減衰量の補正をプロセッサで行うことを特徴とする加速器のビーム位置計測装置。
【請求項２】
複数の位置信号処理回路のそれぞれに閉軌道信号を与え、位置信号処理回路はこの閉軌道信号からのずれ量を位置信号として出力することを特徴とする請求項１記載の加速器のビーム位置計測装置。
【請求項３】
複数の位置信号処理回路のそれぞれに位置信号処理トリガ信号を与え、かつ、複数のアナログ信号入力手段のそれぞれにデジタル変換トリガ信号を与える同期信号発生手段を備え、この同期信号発生手段が複数の位置信号処理トリガ信号および複数のデジタル変換トリガ信号のそれぞれに対してディレー時間を与えることを特徴とする請求項１記載の加速器のビーム位置計測装置。
【請求項４】
位置入力手段による位置データを用いてフィードバック制御の可否を判定するフィードバック判定手段と、このフィードバック判定手段によりフィードバック制御が可能と判断したときにフィードバック制御を有効としこのフィードバック基準値に対して基準値設定手段による基準値を加算する基準値加算手段を備えることを特徴とする請求項１記載の加速器のビーム位置計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子等の粒子を加速する粒子加速器のビームモニタ装置において、特に真空ダクト内を通過する粒子群の真空ダクト断面上の通過位置を検出する加速器のビーム位置計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１４は、この種の粒子加速器の全体構成を示すブロック図である。図１４において、１は線型加速器であり、所定の運動エネルギーを持つ粒子、例えば電子ビームを出力する。ここで出力された電子ビームは、粒子輸送管１４を通り、静電インフレクター２によって静電偏向を受け、加速リング３の真空ダクト１５Ａ内の電子走行軌道に対して接線方向から入射する。加速リング３内には、偏向電磁石４Ａが図示の斜線位置に複数個配置されており、これによって線型加速器１から入射した電子ビームを偏向させる。よって、電子ビームは、この偏向電磁石４Ａが発生する磁場によって、所定の真空ダクト１５Ａの軌道内に収まるように制御される。
【０００３】
一方、５Ａは高周波加速空胴であり、この空胴内にはあらかじめ高周波電場が形成されていて、これによって電子ビームが周回軌道を回る時に失われる運動エネルギー(電磁波として失われるエネルギー)以上のエネルギーを電子ビームに与えて、これを徐々に加速する。また、この高周波加速空胴５Ａは、空胴内に発生させた電場によって電子ビームを加減速することにより、周回軌道上にバンチと呼ばれる電子ビームの進行方向にいくつかに区切られた粒子集団を生成する。この電子の粒子集団数は、ハーモニック数と呼ばれる。そして、所定の運動エネルギーに到達した電子ビームは、キッカー電磁石６とデフレクター電磁石７の発生する磁場により、加速リング３内の周回軌道から外されて、粒子輸送管８内に取り出される。
【０００４】
次に、ここで取り出された電子ビームは、蓄積リング９に到達して、内部にあるインフレクター電磁石１０とパータベイター電磁石１１の発生する磁場によって、蓄積リング９の真空ダクト１５Ｂ内の周回軌道に入る。この時、蓄積リング９内には、前述した加速リング３の場合と同様に、偏向電磁石４Ｓが斜線位置に複数個配置されており、入射した電子ビームの持つ運動エネルギー相当の磁場を事前に発生している。電子ビームは、この磁場により所定の周回軌道内に収まるように制御される。また、蓄積リング９内の高周波加速空胴５Ｓは、高周波加速空胴５Ａと同様な電子ビームの加速装置であり、この高周波加速空胴５Ｓ内に発生された電場によって、電子ビームを一定の運動エネルギーに保つように制御する。要するに、シンクロトロン放射現象による電子ビームの運動エネルギーの減衰を補う。
【０００５】
さらに、蓄積リング９内の偏向電磁石４Ｓには、ビームライン１２と呼ばれるポートが設けられており、所定の運動エネルギーを持つ電子ビームが偏向する時に発生するシンクロトロン放射光を、計測ポート１３まで導くよう配設されている。このシンクロトロン放射光は極端紫外連続光であり、計測ポート１３の光学系で分光処理された後、半導体製造装置の光源等に利用される。
【０００６】
なお、図１４に示した加速リング３、蓄積リング９、粒子輸送管８等には、偏向電磁石４Ａ、４Ｓの他に、四極磁石や六極磁石等が装置されており、またビームライン１２も複数個設けられているが、説明を簡単にする都合上、ここではその図示説明を省略している。
【０００７】
次に、前述した真空ダクト１５断面上の電子ビームの通過位置を検出するビーム位置計測装置について説明する。  
図１５は、従来のビーム位置計測装置の構成を示すブロック図であり、４個のポジション電極２０を用いた場合の例を示している。
【０００８】
図１５において、真空ダクト１５は前述したように、電子ビームの平衡軌道を収めるダクトであり、高真空に保たれている。そして、図１５においてはこの真空ダクト１５内に取付けたビーム位置計測装置の断面図を示したものである。ビーム位置検出装置は、加速リング３や蓄積リング９の所定の位置に複数個取付けられている。ビーム位置計測装置は、各々ビームの通過位置を検出する複数のポジション電極２０−Ａ、２０−Ｂ、２０−Ｃ、２０−Ｄが真空ダクト１５内に設けられている。
【０００９】
いま、真空ダクト１５内のＡ点を電子ビームが通過したとする。この電子ビームは、前述したように、進行方向にバンチした状態で通過し、この周波数は高周波加速空胴５内の高周波電場と同一であり、周波数は例えば５００MHzでバンチした電子ビームが連続して、ほぼ光速でＡ点を通過する。従って、ポジション電極２０−Ａ、２０−Ｂ、２０−Ｃ、２０−Ｄにも、この５００MHzを基本波とする高周波電圧が発生する。
【００１０】
ここで、各ポジション電極２０の発生電圧は、電子ビームと各ポジション電極２０間の距離に比例するため、図示したＡ点の通過では、発生電圧は２０−Ａ＞２０−Ｄ＞２０−Ｂ＞２０−Ｃの関係になる。すなわち、電子ビームの通過点に一番近いポジション電極２０−Ａが一番発生電圧が大きく、一番遠いポジション電極２０−Ｃの発生電圧が一番小さいことになる。
【００１１】
この各ポジション電極２０で発生した高周波信号に対してアナログ信号処理回路２１、デジタル信号処理回路２２および計算機２３で後述する所定の処理を行い、電子ビームの平衡軌道に対する水平方向の偏差量と垂直方向の偏差量を算出する。この偏差量のことを加速器の分野ではＣＯＤ(Closed Orbit Distortion)と称し、各測定点(ポジション電極取付点)のＣＯＤを算出し、図１４では図示していないステアリングマグネットを用いて、水平方向、垂直方向のＣＯＤが最小となる補正を行う。この補正をＣＯＤ補正と称し、加速器の運転ではもっとも主要な調整の一つである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年のビーム位置計測装置では、複数のポジション電極からの信号を一つのデジタル信号処理回路でデジタルサンプリングし、位置演算を行う方法が一般的である。図１６はビーム位置計測装置の一部分であるデジタル信号処理回路に着目した従来の一構成例を示すブロック図である。
【００１３】
図１６において、ポジション電極２０で発生した電圧信号はアナログ信号処理回路２１にて所定の処理を行った後、デジタル信号処理回路２２へ入力される。デジタル信号処理回路２２は、上述した様に複数のポジション電極２０からの信号を単一の回路で取り扱うために、その入力段に複数のフィルター１０１−１〜１０１−ｎを設け、さらに複数のフィルター１０１−１〜１０１−nの各々に対応した複数のＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nを設けている。そして、ＡＤ変換器によってデジタル化された信号を蓄積するメモリ１０３と中央演算装置（CPU）１０４と伝送装置１０５とを収納している。さらに、デジタル信号処理回路２２内の各装置のデジタル信号処理を制御する制御回路１０６とＡＤ変換時のサンプリングクロックを制御するクロックバッファー１０７とを有している。
【００１４】
このような構成において、制御回路１０６に外部から計測開始トリガ１０８が入力されるとクロックバッファー１０７へサンプル開始指令１０９を出力し、クロックバッファー１０７はあらかじめ外部から入力している外部クロック１１０を各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nへサンプリングクロック１１１Ａとして出力する。尚、サンプリングクロックは必ずしも外部クロックとする必要はなく、デジタル信号処理回路２２内に水晶発振器等を備えた内部クロック装置を設け、これをサプリングクロックとするようにしても良い。ここでは外部クロックを入力する方式で説明を行う。
【００１５】
サンプリングクロック１１１Ａを受けた各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nは各々の対応するフィルター１０１−１〜１０１−nの出力信号をサンプリングクロック１１１Ａに従ってサンプルホールドし、各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nでデジタル信号化する。デジタル化された信号は各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nからメモリ１０３に送られて蓄積される。そして、制御回路１０６にサンプリングクロック１１１Ｂを入力してカウントすることで、メモリ１０３で必要量の信号蓄積後、クロックバッファー１０７から各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nへ出力しているサンプリングクロック１１１Ａを停止し、メモリ１０３の内容を演算する演算指令１１２を中央演算装置１０４に出力し、位置信号を演算した後、伝送装置１０５から外部へ出力していた。
【００１６】
しかしながら、上述した方式では中央演算装置１０４で演算中はメモリ１０３の内容を書き替えられないため、一旦サンプリングクロック１１１Ａを停止し、各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nの動作を停止しなければならず、位置計測によって補正電磁石でビーム位置補正をオンラインで行うフィードバック制御システムに採用するには時間がかかりすぎるという問題があった。
【００１７】
また、ビーム位置計測装置には、位置分解能の精度向上から、高精度化、高再現化を求められており、そのため温度変化による誤作動を防止する目的で恒温槽を設けて信号処理回路の周回温度をある特定の値で所定範囲内に制御する方法を採用しているものがある。図１７はビーム位置計測装置の一部分であるアナログ信号処理回路に着目した従来の構成例を示すブロック図である。
【００１８】
図１７の真空ダクト１５、ポジション電極２０−Ａ〜２０−Ｄおよびデジタル信号処理回路２２については図１６と同様のため説明を省略する。ポジション電極２０−Ａ〜２０−Ｄで誘起された高周波信号は時系列にマルチプレクサされ、もしくはそのまま直接アナログ信号処理回路２１に入力して所定の処理を行う。図１７では時系列にマルチプレクサした後アナログ信号処理回路２１に入力する方法を示している。アナログ信号処理回路２１は恒温槽４０１で外部と隔離した構造とし、その内部には発熱体４０２と温度センサ４０３を具備している。一方恒温槽４０１の外部には発熱体４０２へ電力供給を行う電源４０４を配置し、発熱体４０２への電力供給回路上に発熱体スイッチ４０５を備えている。また、温度センサ４０３からの温度モニタ信号は温度制御回路４０６に入力し、同制御回路４０６から発熱体スイッチ４０５へ開閉指令を出力する構成である。
【００１９】
このような構成で発熱体スイッチ４０５を閉とすれば、発熱体４０２に電力供給が行われ、恒温槽４０１内の温度は上昇する。そして温度センサ４０３にて温度監視を行い、あらかじめ設定した所定の上限温度との比較を温度制御回路４０６で行って、所定の上限温度に達したところで発熱体スイッチ４０５を開とすることで発熱体４０２への電力供給を断つ。その後恒温槽４０１内の温度が下降し、あらかじめ設定した所定の下限温度との比較を温度制御回路４０６で行って、所定の下限温度に達したところで発熱体スイッチ４０５を再び閉とする。このような作用を繰り返すことで恒温槽４０１内の温度はある特定の値で所定範囲内に制御することができる。
【００２０】
しかしながら、発熱体４０２がアナログ信号処理回路２１の直近にあるため、発熱体スイッチ４０５の開閉による逆起電力がアナログ信号処理回路２１のノイズ源となり、S／Nを低減させることによって信号計測精度の悪化をまねいていた。
【００２１】
更に図１５において、従来のアナログ信号処理回路２１（以降、位置信号処理回路と同じ意味）の出力はそのままデジタル信号処理回路２２（以降、アナログ入力手段とプロセッサと同じ意味）に入力される。このように構成された場合は、信号の絶対値が小さくなる範囲でも相対的な精度を確保するためにデジタル信号処理回路における量子化ビット数を増やす必要がある。しかしながら、量子化ビット数を増やすと変換処理スピードが遅くなるという課題があった。
【００２２】
また、図１５において、従来のアナログ信号処理回路２１の出力信号はデジタル信号処理回路２２に入力される際に、図示していないが、アナログ信号処理回路２１からのトリガ信号をデジタル信号処理回路２２に入力することにより相互に同期をとっている。
【００２３】
このように構成された場合は、アナログ信号処理回路２１の出力信号はデジタル信号処理回路２２が近接して設置される場合は良いが、複数のアナログ信号処理回路２１が分散して設置され、かつデジタル信号処理回路２２を遠隔に設置しなければならない場合には複数の信号間の同期を確保できなくなるという問題がある。特に、大規模な加速器システムでこの問題は顕著となる。
【００２４】
更にまた、図１５において、従来のアナログ信号処理回路２１の出力信号はデジタル信号処理回路２２に入力し、デジタル信号処理回路２２において、ビーム位置を適正値とするよう電磁石を励磁する電流値を演算して電磁石電源に対して電流基準値を出力している。これは、ビーム位置のフィードバック制御を行うことを意味している。このようなビーム位置のフィードバック制御は、位置信号が所定の範囲外では適切な制御を行うことが困難で、通常はフィードバック制御が可能な範囲となったか否かを人が判断して、可能となった場合にフィードバック制御を有効とするといった複雑な操作を行っている。
【００２５】
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、高精度、高再現性があり、大規模加速器における複数のビーム位置計測手段を設置する場合に、それぞれのビーム位置計測信号の同期を確保することができ、更に、人の判断と操作を不要とするビーム位置フィードバック制御装置を可能とした加速器のビーム位置計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、電子ビームの平衡軌道を内蔵する真空ダクト内に設けられたポジション電極と、このポジション電極で発生した電圧信号をアナログ処理するアナログ信号処理回路と、このアナログ処理回路のアナログ信号の帯域を制限するフィルターと、サンプリングクロックに従ってデジタルサンプリングを行うＡＤ変換器と、デジタルサンプリングしたデータを蓄積するメモリと、このメモリに蓄積されたデータを演算処理する中央演算装置と、中央演算装置で演算処理した信号を伝送する伝送回路と、これらのデジタル信号処理を制御する制御回路とを備えた加速器のビーム位置計測装置において、電子ビームの位置信号処理回路と、この位置信号処理回路の出力によりゲインを判定するゲイン判定手段と、このゲイン判定手段により前記の位置信号処理回路の出力の減衰量を切換える減衰量切換え手段と、この減衰量切換え手段の出力をデジタルデータに変換してプロセッサに入力するアナログ信号入力手段と、前記のゲイン判定手段の選択信号をデジタルデータとしてプロセッサに入力するデジタル信号入力手段とを備え、前記のアナログデータに対して、減衰量の補正をプロセッサで行うことを特徴とする。  
この発明によれば、プロセッサは、減衰器データをもとに、位置データを減衰させる前の数値に復元させる。
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明の請求項２に記載の発明は、複数の位置信号処理回路のそれぞれに閉軌道信号を与え、位置信号処理回路はこの閉軌道信号からのずれ量を位置信号として出力することを特徴とする。  
この発明によれば、ＣＯＤ値からの変化分が微小であっても精度良く計測することが可能である。
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明の請求項３に記載の発明は、複数の位置信号処理回路のそれぞれに位置信号処理トリガ信号を与え、かつ、複数のアナログ信号入力手段のそれぞれにデジタル変換トリガ信号を与える同期信号発生手段を備え、この同期信号発生手段が複数の位置信号処理トリガ信号および複数のデジタル変換トリガ信号のそれぞれに対してディレー時間を与えることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、ディレー設定手段は、ディレーラインを用いて、個々にディレー値を設定できるため、大規模システムにおける信号ケーブル長の相違によるタイミング動作のずれをなくし、複数の位置計測信号の同期を確保することが可能となる。
【００３０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項４に記載の発明は、位置入力手段による位置データを用いてフィードバック制御の可否を判定するフィードバック判定手段と、このフィードバック判定手段によりフィードバック制御が可能と判断したときにフィードバック制御を有効としこのフィードバック基準値に対して基準値設定手段による基準値を加算する基準値加算手段を備えることを特徴とする。  
この発明によれば、位置フィードバック制御を人手を煩わす必要無く自動で動作させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、加速器のビーム位置計測装置において、電子ビームの位置信号処理回路の出力によりゲインを判定し、このゲイン判定手段により位置信号処理回路の出力の減衰量の補正をプロセッサで行うようにしたので、高速入出力が行え、高精度、高再現性があり、大規模加速器における複数のビーム位置計測手段を設置する場合に、それぞれのビーム位置計測信号の同期を確保することが出来、更にまた、人の判断と操作を不要とするビーム位置フィードバック制御装置を備えた加速器のビーム位置計測装置を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施の形態に係るデジタル信号処理回路を示すブロック図。
【図２】第２の実施の形態に係るデジタル信号処理回路を示すブロック図。
【図３】第３の実施の形態に係るデジタル信号処理回路を示すブロック図。
【図４】第４の実施の形態に係るアナログ信号処理回路を示すブロック図。
【図５】第５の実施の形態に係るアナログ信号処理回路を示すブロック図。
【図６】第６の実施の形態に係るアナログ信号処理回路を示すブロック図。
【図７】第７の実施の形態に係るビーム位置計測装置の構成を示すブロック図。
【図８】第７の実施の形態に係る作用を説明する波形図。
【図９】第８の実施の形態に係るビーム位置計測装置の構成を示すブロック図。
【図１０】第８の実施の形態に係る作用を説明する波形図。
【図１１】第９の実施の形態に係るビーム位置計測装置の構成を示すブロック図。
【図１２】第９の実施の形態に係る同期信号発生手段の構成を示すブロック図。
【図１３】第１０の実施の形態に係るビーム位置制御装置の構成を示すブロック図。
【図１４】加速器全体の構成を示す概要図。
【図１５】加速器のビーム位置計測装置を示す概略ブロック図。
【図１６】従来の加速器のビーム位置計測装置におけるデジタル信号処理回路を示すブロック図。
【図１７】従来の加速器のビーム位置計測装置におけるアナログ信号処理回路を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施の形態）
以下本発明第１の実施の形態について図１を参照して説明する。図１において、本実施の形態における加速器のビーム位置計測装置は、デジタル信号処理回路２２に２台のメモリ１０３Ａと１０３Ｂとを設け、各々のメモリ１０３Ａ、１０３Ｂを切換回路１５０と１５１とに接続する。そして従来と同様に複数のフィルター１０１−１〜１０１−nと、各々のフィルターに対応した複数のＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nを配置し、中央演算装置１０４と伝送装置１０５とを備え、さらに制御回路１０６とクロックバッファー１０７とを有した構成となっている。
【００３４】
このような構成において、制御回路１０６に外部からの計測トリガ１０８が入力されるとクロックバッファー１０７へサンプル開始指令１０９を出力し、あらかじめ外部から入力している外部クロック１１０を各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nへサンプリングクロック１１１Aとして出力する。サンプリングクロック１１１Aを受けた各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nは各々の対応するフィルター１０１−１〜１０１−nの出力信号をサンプリングクロック１１１Ａに従ってサンプルホールドしデジタル信号化する。デジタル化された信号は各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nから切換回路１５０によって接続されているメモリ１０３Ａに送られて蓄積する。そして制御回路１０６にサンプリングクロック１１１Ｂを入力してカウントすることでメモリ１０３Ａで必要量の信号蓄積後、制御回路１０６は切換回路１５０と１５１に対し切換指令１６０と１６１を同時に出力することにより接続ラインを各々切り換える。切換指令１６０により切換回路１５０はメモリ１０３Ｂに接続され、各ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nからのデータ蓄積を継続して行うと同時に、切換指令１６１により切換回路１５１はメモリ１０３Ａと接続される。制御回路１０６より演算指令１１２を中央演算装置１０４に出力する。メモリ１０３Ｂで必要量の信号蓄積後は、制御回路１０６により、切換回路１５０と１５１に対し切換指令１６０と同１６１を出力し、互いの処理を切換えながら処理を継続させる。中央演算装置１０４は従来同様にメモリ１０３Ａと１０３Ｂから出力された位置信号を演算した後、伝送装置１０５から外部へ出力する。
【００３５】
このような構成によれば、２台のメモリ１０３Ａと１０３Ｂを配置し制御回路１０６により切換制御することで、片方のメモリでＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nからのデータ入力処理行いながら同時にもう一方のメモリの内容を中央演算装置１０４で演算を行うことが可能となり、ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nでのサンプルホールドを停止することのない、フィードバック制御を可能とする高速入出力が行える。
【００３６】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。図２（Ａ）に示すように本実施の形態のデジタル信号処理回路２２は図１に示した構成において、ポジション電極２０を時系列に切換える信号に同期した電極切換トリガ信号２０１を制御回路１０６に入力する構成としている。
【００３７】
この構成の作用を、図２（Ｂ）を参照して説明する。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の各要素の動作について時間の経過にそって図示した動作タイムチャートである。
【００３８】
制御回路１０６に外部からの計測開始トリガ信号１０８が入力されると（Ｔ１）、ＡＤ変換器１０２−１〜１０２−nでデータのサンプリングが行われメモリ１０３Ａ又は１０３Ｂにデータが蓄積される。ここで、複数のポジション電極２０−Ａ〜２０−Ｄからの信号は時系列に切換えられて処理されるために、対応するＡＤ変換器の出力信号も時系列に変化する。
【００３９】
今、一つのＡＤ変換器、例えば１０２−２のサンプリング後の出力に注目するとその内容は図２（Ｂ）のサンプルデータに示す状況となる。サンプルデータのＡがポジション電極２０−Ａに対応し、順次サンプルデータＢがポジション電極２０−Ｂに……、そしてサンプルデータＤがポジション電極２０−Ｄに対応する。
【００４０】
そして、制御回路１０６に計測開始トリガ信号１０８が入力された（Ｔ１）後、ポジション電極２０−Ａの接続に同期した電極切換トリガ信号２０１−１の入力があると（Ｔ２）、制御回路１０６は接続されているメモリ１０３Ａ又は１０３Ｂに対し電極識別信号２１１−１を出力し（Ｔ３）、電極識別信号２１１−１を書きこんだ後にポジション電極２０-Ａに対応したサンプルデータＡを蓄積する（Ｔ４）。
【００４１】
次に、電極２０−Ｂの接続切換に同期した電極切換トリガ信号２０１−２の入力があると（Ｔ５）、制御回路１０６は前記と同様にしてメモリ１０３Ａ又は１０３Ｂに対し電極識別信号２１１−２を出力し（Ｔ６）、電極識別信号２１１−２を書きこんだ後にポジション電極２０−Ｂに対応したサンプルデータＢを蓄積する（Ｔ７）。以降発生する電極切換トリガ信号２０１−３、２０１−４（Ｔ８、Ｔ９）に対し同様に、電極識別信号２１１−３、２１１−４を出力し（Ｔ１０、Ｔ１１）、メモリ１０３Ａ又は１０３Ｂに書き込み制御を繰り返すことで、メモリ１０３Ａ又は１０３Ｂのアドレスに蓄積されるデータは図２（Ｂ）で示す内容で保持される。
【００４２】
このような構成によれば、各々のポジション電極２０の信号をメモリ１０３Ａ又は１０３Ｂでデータ蓄積された時点で電極識別信号２１１−１から２１１−４で識別できることになり、中央演算装置１０４で電極信号識別処理を必要としなくなるため、高速入出力が行える。
【００４３】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図３を参照して説明する。図３に示すように、本実施の形態のデジタル信号処理回路２２は図２（Ａ）に示した構成において、過渡部設定手段３０１を設け、この過渡部設定手段３０１から制御回路１０６へ過渡部設定信号３１１を出力するようにしている。
【００４４】
このような構成における各要素の動作については前述した図２に示したものと同一である。従って、メモリ１０３Ａ又は１０３Ｂには図２（Ｂ）で示す内容のデータが保持される。そして、このデータは中央演算装置１０４にて演算されるのであるが、この時にサンプルデータＡ〜Ｄ各々において、あらかじめ制御回路１０６に過渡部設定手段３０１からの過渡部設定信号３１１にて設定された個数を、各々の先頭アドレスから使用しないで演算するようにする。よって、中央演算装置１０４で演算される位置信号はサンプルデータＡ〜Ｄの各々に含まれている、電極切換からの特定時間にサンプリングされた過渡データを除いて演算することができる。
【００４５】
このような構成によれば、外部からの過渡部設定手段３０１から設定される過渡部設定信号３１１によって、蓄積されたデータのうち不安定データを排除し処理を行うことにより、位置信号計測精度が向上し、高速入出力が行える。
【００４６】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について図４を参照して説明する。図４に示すように、本実施の形態のアナログ信号処理回路２１は、恒温槽４０１を信号処理回路と温度センサ４０３を収納した信号処理部恒温槽４０７と発熱体４０２を収納した温度調整恒温槽４０８とに分割し、温度調整恒温槽４０８を信号処理部恒温槽４０７と距離を置いて配置し、この両者の恒温槽を管路４０９Ａと４０９Ｂで接続し、管路上に送風装置４１０を配置し、そして電源４０４と発熱体スイッチ４０５と温度制御回路４０６とを恒温槽４０１の外部に配置した構成となっている。また、温度センサ４０３からの温度モニタ信号は温度制御回路４０６に入力し、温度制御回路４０６から発熱体スイッチ４０５へ開閉指令を出力する構成は従来と同様である。
【００４７】
このような構成において、発熱体スイッチ４０５を閉とすれば発熱体４０２に電力供給が行われ温度調整恒温槽４０８内の温度は上昇する。温度調整恒温槽４０８内の温度上昇した空気は送風装置４１０により管路４０９Ａを通って信号処理部恒温槽４０７へ送られるので、信号処理部恒温槽４０７内の温度も上昇する。そして温度センサ４０３にて温度監視を行い、あらかじめ設定した所定の上限温度との比較を温度制御回路４０６で行って、所定の上限温度に達したところで発熱体スイッチ４０５を開とすることで発熱体４０２への電力供給を断つ。その後信号処理部恒温槽４０７内の温度が下降し、あらかじめ設定した所定の下限温度との比較を温度制御回路４０６で行って、所定の下限温度に達したところで発熱体スイッチ４０５を再び閉とする。このような作用を繰り返すことで信号処理部恒温槽４０７内の温度はある特定の値で所定範囲内に制御される。
【００４８】
このような構成によれば、信号処理部恒温槽４０７から距離を置いた温度調整恒温槽４０８に発熱体４０２を収納しているため、発熱体スイッチ４０５を開閉することで発生する逆起電力によるノイズがアナログ信号処理回路２１のノイズ源となることを防止でき、かつ、アナログ信号処理回路２１は信号処理部恒温槽４０７である特定の温度で所定範囲に保たれる。よって、信号処理回路にノイズ源のない恒温槽を備え、高精度、高再現性が実現できる。
【００４９】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について図５を参照して説明する。図５に示すように本実施の形態のアナログ信号処理回路２１は図４に示した構成において、温度調整恒温槽４０８内に冷却器５０１を併設収納し、恒温槽４０１の外部に冷却器５０１の発生する熱を放出する放熱器５０２と冷却器スイッチ５０３を併設配置し、電源４０４から発熱体スイッチ４０５と発熱体４０２に電力供給するように、冷却器スイッチ５０３と放熱器５０２へも並列に電力供給する構成となっている。また、温度制御回路４０６から冷却器スイッチへも開閉指令を出力する構成となっている。
【００５０】
このような構成において、発熱体スイッチ４０５を開閉することで信号処理部恒温槽４０７の温度制御ができることは前述した通りである。しかし図５においては発熱体スイッチ４０５の他に冷却器スイッチ５０３を具備しており、この冷却器スイッチ５０３を開閉することで、冷却器５０１に接続された放熱器５０２に電力を供給したり断ったりすることができる。即ち、冷却器５０１で温度調整恒温槽４０８内の温度を恒温槽４０１の周囲温度より低減することが可能であり、従って信号処理部恒温槽４０７の温度も周囲温度より低減された温度で所定範囲に制御できる。
【００５１】
このような構成によれば、信号処理部恒温槽４０７から距離を置いた温度調整恒温槽４０８に発熱体４０２や冷却器５０１を収納しているため、発熱体スイッチ４０５を開閉することで発生する逆起電力によるノイズがアナログ信号処理回路２１のノイズ源となることを防止でき、かつ、信号処理回路は信号処理部恒温槽４０７である任意の温度で所定範囲に保たれる。そして、その任意の温度は恒温槽４０１の周囲温度より低減させることが可能であり、熱雑音を低減することが可能となる。よって、信号処理回路にノイズ源のない恒温槽を備え、より高精度、高再現性が実現できる。
【００５２】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について図６を参照して説明する。図６に示すように、本実施の形態は図５に示した構成において、信号処理部恒温槽４０７を処理回路毎恒温槽６０１−１〜６０１−nに分割し、同恒温槽６０１−１〜６０１−nには各々処理回路毎温度センサ６０２−１〜６０２−nを収納し、さらに、処理回路毎送風装置６０３−１〜６０３−nを配置した構成となっている。また、処理回路毎温度センサ６０２−１〜６０２−nの出力は温度制御回路４０６に接続され、処理回路毎送風装置６０３−１〜６０３−nも温度制御回路４０６から制御される構成となっている。
【００５３】
このような構成において、発熱体スイッチ４０５を開閉することと冷却器スイッチ５０３を開閉することで温度調整恒温槽４０８内の温度を任意の温度で制御できる。そして処理回路毎に分割された処理回路恒温槽６０１−１〜６０１−n内の温度は各々の処理回路毎温度センサ６０２−１〜６０２−nで温度監視され、あらかじめ設定した所定の上限温度との比較を温度制御回路４０６で行って、各々が所定の上限温度に達したところで対応する処理回路毎送風装置６０３−１〜６０３−nを停止する。その後処理回路毎恒温槽６０１−１〜６０１−n内の温度が下降し、あらかじめ設定した所定の下限温度との比較を温度制御回路４０６で行って、各々が所定の下限温度に達したところで処理回路毎送風装置６０３−１〜６０３−nを再度運転する。このような作用を繰り返すことで処理回路毎恒温槽６０１−１〜６０１−n内の温度はある任意の値で所定範囲内に制御できる。従って、信号処理部の恒温槽の体積が小さいので、処理回路毎恒温槽６０１−１〜６０１−n内はより均一な温度制御を行うことが可能である。
【００５４】
このような構成によれば、信号処理毎恒温槽６０１−１〜６０１−nから距離を置いた温度調整恒温槽４０８に発熱体４０２や冷却器５０１を収納しているため、発熱体スイッチ４０５を開閉することで発生する逆起電力によるノイズがアナログ信号処理回路のノイズ源となることを防止でき、かつ、アナログ信号処理回路２１は処理回路毎恒温槽６０１−１〜６０１−nで任意でより均一な温度で所定範囲に保たれる。そして均一な温度に制御されることでより誤差の増減のない安定的な処理回路となる。
【００５５】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について図７を参照して説明する。図７に示すように、本実施の形態は位置センサ７００に接続した位置信号処理回路７０１と、この位置信号処理回路７０１の出力によりゲインを判定するゲイン判定手段７０２と、このゲイン判定手段７０２により前記の位置信号処理回路７０１の出力の減衰量を切換える減衰量切換え手段７０３と、この減衰量切換え手段７０３の出力を位置データに変換してプロセッサ７０６に入力にするアナログ信号入力手段７０４と、前記のゲイン判定手段７０２の選択信号を減衰量データとしてプロセッサ７０６に入力するデジタル入力手段７０５を備えている。
【００５６】
この減衰量データは、減衰しない選択のときは１、アッテネータが挿入される選択のときは、その減衰量（例えば、０．３）を示す数値となる。プロセッサ７０６は、位置データに対して、減衰量データの逆数を乗じる補正を行う。図８は、このようなプロセッサ７０６の作用を説明するものであり、位置信号が所定のレベルＬより大きい範囲においてはアッテネータにより信号は減衰させてアナログ信号入力手段７０４の入力可能な範囲としている。このとき、プロセッサ７０６は減衰量の逆数を位置データに乗ずるため、位置データは減衰前の数値に復元される。Ｌより信号レベルが低下すると、アッテネータの挿入なしに切り替わり、減衰量なしの数値となる。  
このような構成によれば、信号レベルの低くなる範囲でも、相対的な精度を確保することがきる。
【００５７】
（第８の実施の形態）
次に、第８の実施の形態について図９を参照して説明する。図９に示すように、本実施の形態は、減衰量切換え手段７０３に対する切換え信号が、デジタル信号出力手段７０８より出力される。位置信号処理回路７０１は、アナログ信号出力手段７０９よりＣＯＤ相当の位置信号が与えられる。デジタル信号出力手段７０８とアナログ信号出力手段７０９は、プロセッサ７０６とバスでつながり、プロセッサ７０６より出力値を指定できる。
【００５８】
このような構成における作用を図１０のタイムチャートにより説明する。この図で、アナログ信号入力手段７０４に入力される信号はＢ１のように変化する。このとき、減衰量切換え手段７０３は、減衰を挿入する側に切り替えられている
（この状態をＣＯＤモードと称する）。また、アナログ信号出力手段７０９はＢ２で示すように０を出力する。信号Ｂ１は、プロセッサ７０６の演算動作により平均化されて、その平均値をＣＯＤ値とする。この平均化時間は、必要十分な時間を予め定めておくことができる。ＣＯＤ値が定まったところで、Ｃのタイミングにおいて、アナログ信号出力手段７０９は、出力値をＣＯＤ値（Ｄ）に切換え、かつ、デジタル信号出力手段７０８により、減衰量切換え手段７０３を減衰無しの側に切換える。この動作により、位置信号処理回路７０１は、ＣＯＤ値からの変化分を出力し、かつ減衰が挿入されなくなるので、アナログ信号入力手段７０４の入力信号は、Ｅのように、ＣＯＤ値からの変化分となる。  
このような構成によれば、ＣＯＤ値からの変化分が微小であっても、精度良く計測することが可能となる。
【００５９】
（第９の実施の形態）
次に、第９の実施の形態について図１１を参照して説明する。図１１に示すように、本実施の形態は、複数の位置信号処理回路７０１のそれぞれに位置信号処理トリガ信号７１１を与え、かつ、複数のアナログ信号入力手段７０４のそれぞれにデジタル変換トリガ信号７１２を与える同期信号発生手段７１０を備え、この同期信号発生手段７１０が複数の位置信号処理トリガ信号７１１および複数のデジタル変換トリガ信号７１２のそれぞれに対してディレー時間を与える構成となっている。
【００６０】
図１２は、同期信号発生手段７１０の一例を示す。周期信号発生回路７２０の出力は、ディレー設定手段７２１−１〜７２１−ｉに分岐して入力し、これらディレー設定手段７２１−１〜７２１−ｉの出力が複数の位置信号処理回路７０１のそれぞれに与えられる。また、周期信号発生回路７２０の出力は、ディレー設定手段７２２を介して、ディレー設定手段７２３−１〜７２３−ｊに分岐して入力し、これらディレー設定手段７２３−１〜７２３−ｊの出力が複数のアナログ信号入力手段７０４のそれぞれに与えられる。
【００６１】
このような構成によれば、ディレー設定手段は、ディレーラインを用いて、個々にディレー値を設定できるため、大規模システムにおける信号ケーブル長の相違によるタイミング動作のずれをなくし、複数の位置計測信号の同期を確保することが可能となる。
【００６２】
（第１０の実施の形態）
次に、第１０の実施の形態について図１３を参照して説明する。図１３に示すように、本実施の形態は、位置信号入力手段７３０による位置データを用いてフィードバック制御の可否を判定するフィードバック判定手段７３１と、このフィードバック判定手段７３１によりフィードバック制御が可能と判断したときにフィードバック制御手段７３２を有効としてこのフィードバック制御手段７３２の出力のフィードバック基準値に対して基準値設定手段７３３において基準値を加算する基準値加算手段７３４を備えている。
【００６３】
ここで、基準値設定手段７３３は、フィードバック制御なしの場合の各電磁石の電流基準値を与えるものであり、この基準値が適正に与えられることにより、ビーム位置はフィードバック制御の可能な範囲とすることができる。通常は、この基準値は理論計算値を基にするが、動作させてから電磁石電流値の微調整を行った結果を反映させる場合が多い。
【００６４】
表１は、位置信号入力手段７３０により得られる位置信号に対して、それぞれに上限値と下限値を記録する表であり、フィードバック判定手段７３１はすべての信号が、この表で与えられる上限値と下限値の範囲となったときにフィードバック制御が有効と判断する。
【表１】
2010021151.tif 000003
このような構成によれば、位置フィードバック制御を人手を煩わす必要無く自動で動作させることが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１…線型加速器、３…加速リング、９…蓄積リング、１５Ａ，１５Ｂ…真空ダクト、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…ポジション電極、２１…アナログ信号処理回路、２２…デジタル信号処理回路、１０１−１〜１０１−ｎ…フィルター、１０２−１〜１０２−ｎ…ＡＤ変換器、１０３Ａ，１０３Ｂ…メモリ、１０４…中央演算装置、１０５…伝送装置、１０６…制御回路、１５０，１５１…切換回路、３０１…過渡部設定手段、４０２…発熱体、４０３…温度センサ、４０７…信号処理部恒温層、４０８…温度調整恒温槽、４１０…送風装置、５０１…冷却器、５０２…放熱器、６０１−１〜６０１−ｎ…処理回路毎恒温槽、７００…位置センサ、７０１…位置信号処理回路、７０２…ゲイン判定手段、７０３…減衰量切換え手段、７０４…アナログ信号入力手段、７０５…デジタル信号入力手段、７０６…プロセッサ、７０８…デジタル信号出力手段、７０９…アナログ信号出力手段、７２０…同期信号発生回路、７２１…ディレー設定手段、７３１…フィードバック判定手段、７３２…フィードバック制御手段。
【図１】
2010021151.tif 000004
【図２】
2010021151.tif 000005
【図３】
2010021151.tif 000006
【図４】
2010021151.tif 000007
【図５】
2010021151.tif 000008
【図６】
2010021151.tif 000009
【図７】
2010021151.tif 000010
【図８】
2010021151.tif 000011
【図９】
2010021151.tif 000012
【図１０】
2010021151.tif 000013
【図１１】
2010021151.tif 000014
【図１２】
2010021151.tif 000015
【図１３】
2010021151.tif 000016
【図１４】
2010021151.tif 000017
【図１５】
2010021151.tif 000018
【図１６】
2010021151.tif 000019
【図１７】
2010021151.tif 000020