(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の電界を形成する装置を備えた偏向装置（１３０）であって、
前記偏向装置（１３０）は、前記電界により荷電粒子を偏向させ、
前記偏向装置（１３０）は、第３の空間方向（１０３）に進んでいる荷電粒子を第２の空間方向（１０２）に偏向させるように構成されており、前記偏向装置（１３０）は、第１の偏向板（２１０）と第２の偏向板（２２０）とを有しており、前記荷電粒子は、前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）との間を通過し、
・前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）とはそれぞれ、平面でない形を有しており、
・前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）とはそれぞれ、第１の空間方向（１０１）に配向されている軸を中心に湾曲しており、
・前記第２の偏向板（２２０）は、前記第１の偏向板（２１０）に対して鏡像関係になるように配置されており、
前記第１の空間方向（１０１）と前記第２の空間方向（１０２）と前記第３の空間方向（１０３）とは、相互に垂直である、
ことを特徴とする偏向装置（１３０）。
【請求項２】
前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）とは、前記第１の空間方向（１０１）に対して垂直な前記第２の空間方向（１０２）において間隔を空けて配置されており、
前記第１の偏向板（２１０）と前記第２の偏向板（２２０）とは、前記第２の空間方向（１０２）に対して垂直な面を中心として、鏡像関係になるように配置されている、
請求項１記載の偏向装置（１３０）。
【請求項３】
前記２つの偏向板（２１０、２２０）の凹状表面（５１０）は、向かい合っている、
請求項２記載の偏向装置（１３０）。
【請求項４】
前記偏向装置（１３０）は、第３の偏向板（２３０）と第４の偏向板（２４０）とを有しており、
前記第３の偏向板（２３０）は、前記第１の空間方向（１０１）に対しても前記第２の空間方向（１０２）に対しても垂直な前記第３の空間方向（１０３）において、前記第１の偏向板（２１０）に対してずらして配置されており、
前記第４の偏向板（２４０）は、前記第３の空間方向（１０３）において、前記第２の偏向板（２２０）に対してずらして配置されている、
請求項２または３記載の偏向装置（１３０）。
【請求項５】
前記２つの偏向板（２１０、２２０）のうちの少なくとも１つは、円柱側面状の円弧の形を有している、
請求項１から４までのいずれか１項記載の偏向装置（１３０）。
【請求項６】
前記２つの偏向板（２１０、２２０）のうちの少なくとも１つは、導電性材料を有している、
請求項１から５までのいずれか１項記載の偏向装置（１３０）。
【請求項７】
前記導電性材料は、金属である、
請求項６記載の偏向装置（１３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載された、荷電粒子を偏向させる偏向板並びに請求項５に記載された、荷電粒子を偏向させる装置に関する。
【０００２】
移動する荷電粒子を、電界および／または磁界によって偏向させることが既知である。同様に、電圧を導電性の板に印加することによって電界を生成することが公知である。
【０００３】
本発明の課題は、荷電粒子を偏向させる偏向板を改善することである。この課題は、請求項１の特徴を有する偏向板によって解決される。本発明の別の課題は、荷電粒子を偏向させる偏向装置を改善することである。この課題は、請求項５の特徴を有する偏向装置によって解決される。有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。
【０００４】
荷電粒子を偏向させる本発明の偏向板は、平面でない形状を有している。有利には、このような偏向板は、平面状の偏向板と比べて、改善された空間延在を有する電界を形成する。
【０００５】
偏向板の有利な実施形態で、偏向板は、第１の空間方向に配向された軸を中心に湾曲されている。有利には、偏向板によって形成された電界の、第１の空間方向に対して垂直な成分は、第１の空間方向に対して垂直な別の空間方向において、偏向板が平面状の場合と比べて、より平らに延在する。有利にはこれは、多数の、順次連続する複数の粒子パケットを有するビームからの個々の荷電粒子パケットの偏向を容易にする。
【０００６】
偏向板の特に有利な実施形態では、偏光板は、円柱側面状の円弧の形を有している。有利には、検査の結果、円柱側面状の円弧の形が、電界の特に有利な延在を生成することが判明した。別の利点は、円柱側面状の円弧の形を有する偏向板が比較的容易に形成可能である、ということである。
【０００７】
偏向板の有利な実施形態では、これは、導電性の材料、殊に金属を有している。有利には、この偏向板は、この場合に、ある電位を有し得る。
【０００８】
荷電粒子を偏向させる本発明の偏向装置は、上述した様式の第１の偏向板を有している。有利にはこの偏向装置は、粒子ビームの荷電粒子を偏向させるために用いられる。偏向板が有利に形成されているので、偏向装置を、順次連続する荷電粒子パケットのビームからの個々の粒子パケットの選択的な偏向のために用いることができる。
【０００９】
偏向装置の有利な実施形態では、偏向装置は、上述した様式の第２の偏向板を有している。有利には、１つの偏向装置の複数の偏向板の間には、電位差が形成される。
【００１０】
偏向装置の特に有利な実施形態では、第２の偏向板は、第１の偏向板に対して鏡像関係になるように配置されている。このような場合、有利には、１つの偏向装置の２つの偏向板の間には、電界の特に有利な空間の延在が生じる。
【００１１】
偏向装置の特に有利な実施形態では、両方の偏向板は、それぞれ、第１の空間方向に配向されている軸を中心に湾曲されている。ここで、第１の偏向板と第２の偏向板は、第１の空間方向に対して垂直な第２の空間方向において相互に間隔をあけて配置されている。さらに、第１の偏向板と第２の偏向板は、第２の空間方向に対して垂直な面に関して鏡像関係になるように配置されている。有利には、このような偏向装置では、第２の空間方向を向いている電界成分は、第１の空間方向および第２の空間方向に対して垂直な空間方向において平らに延在する。
【００１２】
特に有利には、複数の偏向板の複数の凹状表面は向かい合っている。このような場合には、有利には、第２の空間方向を指している電界成分の電界延在は、第１の空間方向および第２の空間方向に対して垂直な第３の空間方向において平らである。しかも、偏向装置の偏向板が第３の空間方向において大きい長さを有している必要はない。
【００１３】
偏向装置の付加的な発展形態では、偏向装置は、第３の偏向板と第４の偏向板とを有している。ここで、第３の偏向板は、第１の偏向板に対して、第１の空間方向および第２の空間方向に対して垂直な第３の空間方向においてずらして配置されている。第４の偏向板はさらに、第２の偏向板に対して、この第３の空間方向においてずらして配置されている。有利には、この場合には、第３の偏向板と第４の偏向板との間に、第１の偏向板と第２の偏向板との間とは異なる、別の電位差が加えられる。
【００１４】
有利には、第３の空間方向に進んでいる荷電粒子を第２の空間方向に偏向させるように偏向装置が形成されている。有利には、偏向装置はこの場合に、個々の粒子または粒子パケットを、粒子ビームから選択的に偏向させるために用いられる。
【００１５】
本発明の上述した特性、特徴および利点、並びにこれを実現する方法は、実施例の後続の説明に関連して、より明瞭かつ分かり易くなる。これらの実施例は、図面と関連して、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】粒子治療装置の概略図
【図２】偏向装置の概略図
【図３】偏向装置の一対の板（板対）の第１の断面図
【図４】偏向装置の一対の板の平面図
【図５】偏向装置の一対の板の第２の断面図
【図６】一対の板内の電界強度経過の第１のグラフ
【図７】一対の板内の電界強度経過の第２のグラフ
【実施例】
【００１７】
図１は、偏向装置の使用例として、粒子治療装置１００の著しく概略化された図を示している。しかし偏向装置を多くの他の用途で使用することもできる。本発明は、粒子治療装置の領域に制限されるものではない。
【００１８】
粒子治療装置１００は、粒子治療を行うために使用されている。ここでは、荷電粒子（粒子）が患者の患部に照射される。荷電粒子とは、例えばプロトンのことである。患者の病気は例えば、腫瘍のことである。
【００１９】
粒子治療装置１００は、イオン源１１０と、パケット化装置１２０と、偏向装置１３０と、絞り１４０と、粒子加速器１５０とを含んでいる。ここでこれらは、ｚ方向１０３に相前後して配置されている。イオン源１１０は、荷電粒子ビーム１１５を形成するために用いられる。粒子ビーム１１５の粒子は、プロトンであり得る。イオン源１１０から、粒子ビーム１１５の粒子はｚ方向１０３で出て行く。粒子ビーム１１５の粒子は、イオン源１１０から出て行く際に、例えば、１０ｋｅＶ〜２０ｋｅＶのエネルギーを有し得る。
【００２０】
パケット化装置１２０は、連続した粒子ビーム１１５を、個別の粒子パケット１２５に分けるために用いられる。パケット化装置１２０からこれらの粒子パケット１２５は、ｚ方向１０３で出て行く。パケット化装置１２０を省くこともできる。
【００２１】
偏向装置１３０は、個々の粒子パケット１２５（または、連続した粒子ビーム１１５の個々の粒子）を選択的に、ｚ方向１０３に延在する移動に対して、ｚ方向１０３に対して垂直なｙ方向１０２に偏向させるために用いられる。
【００２２】
偏向装置１３０によって偏向された粒子および粒子パケット１２５は、偏向されていない粒子および粒子パケット１２５が絞り１４０を通過している間は、偏向装置１３０に後続する絞り１４０を通過しない、または、完全には通過しない。粒子治療装置１００の択一的な実施形態では、偏向装置１３０によってｙ方向１０２に偏向された粒子および粒子パケット１２５のみが絞り１４０を完全に通過する。
【００２３】
絞り１４０を通過した粒子および粒子パケット１２５は、粒子加速器１５０内に達する。ここでこれは、例えば８０ＭｅＶ〜２５０ＭｅＶの高い運動エネルギーまで加速される。粒子加速器１５０は、例えば、線形加速器であり得る。殊に、粒子加速器１５０は、ＲＦ線形加速器であり得る。
【００２４】
図２は、偏向装置１３０の概略図を示している。偏向装置１３０は、図２に示された実施形態において、荷電粒子の粒子パケット１２５を偏向させるための８つの偏向板を含んでいる。詳細には、偏向装置１３０は、図示の実施形態では、第１の偏向板２１０と、第２の偏向板２２０と、第３の偏向板２３０と、第４の偏向板２４０と、第５の偏向板２５０と、第６の偏向板２６０と、第７の偏向板２７０と、第８の偏向板２８０とを有している。
【００２５】
第１の偏向板２１０と第２の偏向板２２０は、第１の板対２０１を形成する。第３の偏向板２２０と第４の偏向板２４０は、第２の板対２０２を形成する。第５の偏向板２５０と第６の偏向板２６０は、第３の板対２０３を形成する。第７の偏向板２７０と第８の偏向板２８０は、第４の板対２０４を形成する。別の実施形態では、偏向装置１３０が、４つの板対２０１、２０２、２０３、２０４よりも多くの板対を有していても、４つの板対２０１、２０２、２０３、２０４よりも少ない板対を有していても、４つの板対２０１、２０２、２０３、２０４よりも多くの板対を有していてもよい。
【００２６】
板対２０１、２０２、２０３、２０４は、ｚ方向１０３において順次連続して配置されている。各板対２０１、２０２、２０３、２０４の２つの各偏向板は、ｚ方向１０３において、およびｙ方向１０２とｚ方向１０３に対して垂直なｘ方向１０１において、それぞれ共通の位置にあり、ｙ方向１０２において相互に間隔があけられている。粒子パケット１２５はｚ方向１０３において、板対２０１、２０２、２０３、２０４の２つの各偏向板の間を延在する。
【００２７】
偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０は、導電性材料から成り、有利には、金属から成る。または、これらの偏向板は、例えば、コーティングの形態で少なくとも導電性材料を有している。
【００２８】
板対２０１、２０２、２０３、２０４の偏向板の間には、それぞれ、電位差、ひいては電界が形成される。これによって、ｚ方向１０３に進む、粒子パケット１２５の粒子をｙ方向１０２に偏向させることができる。例えば、第１の板対２０１の第１の偏向板２１０をプラスの電圧にし、第１の板対２０１の第２の偏向板２２０を、同じ値のマイナスの電圧にすることができる。種々の板対２０１、２０２、２０３、２０４内で形成される電位差は、相異していてもよい。順次連続する粒子パケット１２５の速い時間的なシーケンスの個々の粒子パケット１２５のみをｙ方向１０２に偏向させるために、時間的に短い電圧パルスが、偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０に印加されなければならない。
【００２９】
ｙ方向１０２を指している、板対２０１、２０２、２０３、２０４内で形成された電圧成分は、ｚ方向１０３において、ガウス分布を有している。これは、偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０が平面状の板として形成されている場合である。しかしより有利には、ｙ方向１０２を指している電界成分の経過は、ｚ方向１０３において、板対２０１、２０２、２０３、２０４内で、矩形関数に近似している。
【００３０】
ｙ方向１０２を指している電界成分のこの有利な空間的な延在に近似するために、偏向装置１３０の偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０はそれぞれ、平面状でない幾何学的形状を有している。これは以降で、第１の板対２０１の図を示している図３〜図５に基づいて説明する。残りの板対２０２、２０３、２０４は有利には、第１の板対２０１と同様に形成されている。
【００３１】
図３は、第１の板対２０１の第１の断面を示している。ここでこの断面は、ｚ方向１０３に対して垂直に延在している。第１の板対２０１の第１の偏向板２１０と第２の偏向板２２０は、ｘ方向１０１において、幅３０１を有している。この幅３０１は、例えば４ｍｍである。偏向板２１０、２２０は、ｙ方向１０２において、それぞれ厚さ３０２を有している。この厚さ３０２は、例えば０．１ｍｍである。第１の偏向板２１０と第２の偏向板２２０は、ｙ方向１０２において、間隔３１２を有している。この間隔３１２は、例えば６ｍｍである。
【００３２】
図４は、ｙ方向１０２に対向した観察方向における、第１の板対２０１の第１の偏向板２１０の平面図を示している。第１の偏向板２１０は、ｚ方向１０３において、長さ３０３を有している。これは例えば、４ｍｍである。第１の板対２０１の第２の偏向板２２０は、ｚ方向１０３において有利には、第１の偏向板２１０と同じ長さ３０３を有している。
【００３３】
図５は、第１の板対２０１の偏向板２１０、２２０の第２の断面を示している。切断は、図５において、ｘ方向１０１に対して垂直に行われた。各偏向板２１０、２２０は、ｘ方向１０１に対して平行な軸を中心に、湾曲している。有利にはこの湾曲はここで、円弧を辿っている。従って、偏向板２１０、２２０は円柱側面状の円弧の形に形成されている。ここで、偏向板２１０、２２０はそれぞれ曲率半径３０３を有している。ここでこの曲率半径３１３は、例えば１ｍｍと４ｍｍの間である。湾曲した偏向板２１０、２２０はそれぞれ、凹状の表面５１０と凸状の表面５２０とを有している。偏向板２１０、２２０の凹状表面５１０は、向かい合っている。
【００３４】
図６は、第１のグラフ６００で、空間的な電界強度経過を示している。これは、偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０の種々の曲率半径３１０で得られるものである。第１のグラフ６００の水平軸には、ｚ方向１０３が、板対２０１、２０２、２０３、２０４の領域において記載されている。第１のグラフ６００の垂直軸には、ｙ方向１０２を指している電界成分６０１が示されている。
【００３５】
第１の電界経過６１０は、例えば１０００ｍｍに選択されている、極めて大きい曲率半径３１３での、ｙ方向１０２における電界強度の経過を示している。このような大きい曲率半径３１３は、平面状偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０への近似を表している。従って第１の電界経過６１０は、近似的に、平面状の偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０の使用時に得られる電界経過を示している。第２の電界経過６２０は、４ｍｍの曲率半径３１３の使用時の、ｙ方向１０２を指している電界成分の経過を示している。第３の電界経過６３０は、３ｍｍの曲率半径３１３の使用時の電界強度の経過を示している。第４の電界経過６４０は、２．５ｍｍの曲率半径の使用時の、ｙ方向１０２を指している電界成分の経過を示している。電界経過６１０、６２０、６３０、６４０はここでそれぞれ、板対２０１、２０２、２０３、２０４の偏向板の間の中心にある位置に示されている。曲率半径３１３が小さく選択される、すなわち、偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０がより強く湾曲されるほど、ｙ方向１０２における電界強度６０１の経過はより矩形になる。
【００３６】
図６の第１のグラフ６００では、さらに、第５の電界経過６５０と、第６の電界経過６６０と、第７の電界経過６７０と、第８の電界経過６８０とが示されている。第５の電界経過６５０は、１０００ｍｍの曲率半径３１３を使用する際に生じる。第６の電界経過６６０は、４ｍｍの曲率半径３１３を使用する際に生じる。第７の電界経過６７０は、３ｍｍの曲率半径３１３を使用する際に生じる。第８の電界経過６８０は、２．５ｍｍの曲率半径３１３を使用する際に生じる。電界経過６５０、６６０、６７０、６８０はそれぞれ、ｙ方向１０２での位置で生じる。この位置は正確に、各板対２０１、２０２、２０３、２０４の２つの板の間に位置するのではなく、各板対２０１、２０２、２０３、２０４の２つの板のうちの１つの板の近傍に配置されている。各電界経過６５０、６６０、６７０、６８０が、板対２０１、２０２、２０３、２０４の中心の周りの領域に、ｚ方向１０３において、凸状に形成されていることが見て取れる。曲率半径３１３が小さくなるほど、凸状の度合いは大きくなる。ｙ方向１０２を指している電界成分の経過のこのような凸性は、ｚ方向において欠点と結び付き得るので、曲率半径３１３は過度に小さく選択されるべきでない。
【００３７】
図７は、ｚ方向１０３に沿った、ｙ方向１０２を指している電界成分の経過の第２のグラフ７００を示している。第２のグラフ７００の水平軸には、同様に、ｚ方向１０３が、板対２０１、２０２、２０３、２０４の領域内で示されている。第２のグラフ７００の垂直軸上には、ｙ方向１０２を指している電界成分の正規化された電界強度７０１が記載されている。第１の電界経過７１０、第２の電界経過７２０、第３の電界経過７３０、第４の電界経過７４０は、ｚ方向１０３に沿った、ｙ方向１０２を指している、各板対２０１、２０２、２０３、２０４の２つの偏向板の間の中央での、電界成分の経過を示している。ここで曲率半径３１３は、第１の電界経過７１０で１０００ｍｍであり、第２の電界経過７２０で４ｍｍであり、第３の電界経過７３０で３ｍｍであり、第４の電界経過７４０で２．５ｍｍである。第２のグラフ７００の正規化された図からさらに明確に、偏向板２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０の曲率半径３１３が小さく選択されるほど、ｙ方向１０２を指している電界成分の経過が、ｚ方向１０３において、より矩形に延在することが明瞭である。
【００３８】
本発明の細部を、有利な実施例によってより詳細に説明したが、本発明は、開示されたこれらの例に制限されない。本発明の保護範囲を逸脱することなく、当業者は、本願から別の形態を導き出すことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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