(57)【要約】【課題】電子ビームとレーザービームの焦点及び入射角度を精密に一致させることができ、かつ電子ビーム及びレーザービームの４次元プロファイル（３次元プロファイルの時間変化）を測定することができ、これによりレーザービームの利用効率を大幅に高めることができる電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置及び方法を提供する。【解決手段】電子ビーム１とレーザービーム３が正面衝突する衝突位置近傍の各ビームの断面プロファイルを測定するプロファイル測定装置３０と、プロファイル測定装置を各ビームの軸方向にほぼ一致する所定の方向に連続的に移動する移動装置４０とを備える。さらにプロファイル形成装置５０により、プロファイル測定装置による断面プロファイル、その所定方向の位置、及びビームの発振タイミングから電子ビーム及びレーザービームの３次元プロファイルの時間変化を形成する。【選択図】図３
2007257986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームとレーザービームが正面衝突する衝突位置近傍の前記各ビームの断面プロファイルを測定するプロファイル測定装置と、
該プロファイル測定装置を前記各ビームの軸方向にほぼ一致する所定の方向に連続的に移動する移動装置と、を備えることを特徴とする電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項２】
前記プロファイル測定装置により測定された断面プロファイル、その前記所定方向の位置、及び前記各ビームの発振タイミングから前記各ビームの３次元プロファイルの時間変化を作成するプロファイル作成装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項３】
前記移動装置は、プロファイル測定装置を前記所定方向に連続的に移動する直動アクチュエータと、
プロファイル測定装置の前記所定方向の位置を検出する位置検出装置とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項４】
前記プロファイル測定装置は、前記所定の方向に対して所定の角度で配置された平板状のターゲット板と、
該ターゲット板と電子ビームとの衝突で発生する遷移放射光の２次元プロファイルを測定する第１光検出器と、
前記ターゲット板で反射されたレーザービームの２次元プロファイルを測定する第２光検出器とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項５】
前記プロファイル測定装置は、前記所定の方向に対して所定の角度で配置された平板状のターゲット板と、
遷移放射光とレーザービームの２次元プロファイルを測定する単一の光検出器と、
ターゲット板と電子ビームとの衝突で発生する遷移放射光を前記光検出器へ導く第１の反射ミラー系と、
ターゲット板で反射されたレーザービームを前記光検出器へ導く第２の反射ミラー系とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項６】
前記プロファイル測定装置は、遷移放射光とレーザービームの２次元プロファイルを測定する単一の光検出器と、
前記所定の方向に対して所定の角度で配置され、電子ビームとの衝突で発生する遷移放射光を前記光検出器へ導く平板状の第１のターゲット板と、
前記所定の方向に対して所定の角度で配置され、レーザービームを前記光検出器へ反射する第２のターゲット板とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項７】
前記プロファイル測定装置は、前記所定の方向に直角に配置され電子ビームの２次元プロファイルを測定する第１プロファイル測定器と、
前記所定の方向に直角に配置されレーザービームの２次元プロファイルを測定する第２プロファイル測定器とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置。
【請求項８】
電子ビームとレーザービームが正面衝突する衝突位置近傍の前記各ビームの断面プロファイルを連続的に測定するプロファイル測定装置を前記各ビームの軸方向にほぼ一致する所定の方向に連続的に移動する連続移動ステップと、
該連続移動ステップで得られた断面プロファイル、その前記所定方向の位置、及び各ビームの発振タイミングから前記各ビームの３次元プロファイルの時間変化を作成するプロファイル作成ステップと、を有することを特徴とする電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム及びレーザービームの３次元プロファイルの時間変化を測定するプロファイル測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームとレーザービームの衝突によってコンプトン散乱に起因する準単色Ｘ線が得られることが知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」は、図７に示すように、小型の加速器８１（Ｘバンド加速管）で加速された電子ビーム８２をレーザー８３と衝突させてＸ線８４を発生させるものである。ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電子銃８５（熱ＲＦガン）で生成されたマルチバンチ電子ビーム８２はＸバンド加速管８１で加速され、パルスレーザービーム８３と衝突する。コンプトン散乱により、時間幅１０ｎｓの硬Ｘ線８４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】
また、電子ビーム又はレーザービームのプロファイルを測定する手段が非特許文献２，３に開示されている。
【０００５】
非特許文献２に開示されたプロファイル測定手段は、電子ビームとレーザービームの衝突点に設置された３連のチャンバーであり、このチャンバーはビームパイプと一体となってビームラインの真空を保ちながら、遠隔操作で様々な診断装置をビームラインに挿入し、電子ビームとレーザービーム双方の位置・サイズを測定するものである。３連の各チャンバーには、スクリーンが組み込まれ、さらに中央のチャンバーには、ワイヤースキャナーとナイフエッジスキャナーを一体化したコンバインドスキャナーが組み込まれている。電子ビームとレーザービームの位置は、３連チャンバーの各スクリーンで正確に一致するように、レーザービームの角度調整と平行移動を組み合わせて調整するようになっている。
【０００６】
非特許文献３に開示されたプロファイル測定手段は、蛍光板スクリーン、ワイヤースキャナー、遷移放射光（ＯＴＲ）ターゲットを装備したものである。
【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
【非特許文献２】大森恒彦、福田将史、「高品質・短パルス偏極光子ビームの生成と偏極度測定」、日本物理学会誌  Ｖｏ．５８，Ｎｏ．４，  ２００３
【非特許文献３】Ｆ．  Ｓａｋａｍｏｔｏ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．４４，  Ｎｏ．３，  ２００５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子ビームとレーザービームの衝突により発生するＸ線の強度Ｙは、コンプトン散乱の断面積σと衝突におけるルミノシティーＬによって式（１）で表される。
Ｙ＝σＬ…（１）
ここで、散乱断面積σは電子ビームのエネルギーとレーザービームの波長が決まると一意に与えられる物理定数として考えられるため、Ｘ線の強度を上げるにはルミノシティーＬを増大させなければならない。
ルミノシティーＬは式（２）で表される。
【０００９】
【数１】
2007257986.tif 000003
【００１０】
ここで、ρｅ，ρｌは電子ビーム及びレーザービームの衝突点付近における４次元（空間及び時間）密度分布（プロファイル）である。
つまり、４次元空間での両ビームのプロファイルのオーバーラップが大きいほどルミノシティーＬは増大する。ルミノシティーＬを増大させるには、電子ビーム及びレーザービームの強度を増大させるだけでなく、空間的かつ時間的に両ビームを一致させる必要がある。
特に、電子ビームとレーザービームを絞った焦点（ビームウエイスト）及び入射角度を一致させ、その上で、衝突点（ビームウエイスト位置）を通過するタイミングを合わせなければならない。
【００１１】
非特許文献２、３に開示されたワイヤースキャナーは、ビームライン上でワイヤを動かし、ワイヤと電子が散乱して発生した光子の数を測定するものである。また、ナイフエッジスキャナーは、ナイフエッジをビームに直角に横切って機械的に走査し、走査中のパワー値を微分してビームプロファイルを求めるものである。
しかし、ワイヤースキャナーやナイフエッジスキャナーは、ビームを横切って走査する必要があるため、測定時間がかかり、２次元全体の瞬間的なビームプロファイルを測定できない問題点があった。
【００１２】
また、非特許文献２のように３連のチャンバーを用いた場合でも、各チャンバーのスクリーンで計測されるのは、ビームラインに対して固定された位置でのビームプロファイルであった。そのため、スクリーン位置から外れた位置にある電子ビーム及びレーザービームの焦点（ビームウエイスト）を各スクリーンで直接測定することができず、結果として、電子ビームとレーザービームの焦点及び入射角度を精密に一致させることは非常に困難であった。
【００１３】
さらに、電子ビーム及びレーザービームがパルスビームである場合、焦点位置で衝突により発生するＸ線の強度Ｙを高めるためには、それぞれの４次元プロファイル（３次元プロファイルの時間変化）を精密に測定することが強く望まれていた。
【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、電子ビームとレーザービームの焦点及び入射角度を精密に一致させることができ、かつ電子ビーム及びレーザービームの４次元プロファイル（３次元プロファイルの時間変化）を測定することができ、これによりレーザービームの利用効率を大幅に高めることができる電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置及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ービームが正面衝突する衝突位置近傍の前記各ビームの断面プロファイルを測定するプロファイル測定装置と、
該プロファイル測定装置を前記各ビームの軸方向にほぼ一致する所定の方向に連続的に移動する移動装置と、を備えることを特徴とする電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定装置が提供される。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記プロファイル測定装置により測定された断面プロファイル、その前記所定方向の位置、及び前記各ビームの発振タイミングから前記各ビームの３次元プロファイルの時間変化を作成するプロファイル作成装置をさらに備える。
【００１７】
また、前記移動装置は、プロファイル測定装置を前記所定方向に連続的に移動する直動アクチュエータと、プロファイル測定装置の前記所定方向の位置を検出する位置検出装置とを有する。
【００１８】
本発明の好ましい一実施形態によれば、前記プロファイル測定装置は、前記所定の方向に対して所定の角度で配置された平板状のターゲット板と、
該ターゲット板と電子ビームとの衝突で発生する遷移放射光の２次元プロファイルを測定する第１光検出器と、
前記ターゲット板で反射されたレーザービームの２次元プロファイルを測定する第２光検出器とを有する。
【００１９】
また本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記プロファイル測定装置は、前記所定の方向に対して所定の角度で配置された平板状のターゲット板と、
遷移放射光とレーザービームの２次元プロファイルを測定する単一の光検出器と、
ターゲット板と電子ビームとの衝突で発生する遷移放射光を前記光検出器へ導く第１の反射ミラー系と、
ターゲット板で反射されたレーザービームを前記光検出器へ導く第２の反射ミラー系とを有する。
【００２０】
また本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記プロファイル測定装置は、遷移放射光とレーザービームの２次元プロファイルを測定する単一の光検出器と、
前記所定の方向に対して所定の角度で配置され、電子ビームとの衝突で発生する遷移放射光を前記光検出器へ導く平板状の第１のターゲット板と、
前記所定の方向に対して所定の角度で配置され、レーザービームを前記光検出器へ反射する第２のターゲット板とを有する。
【００２１】
また本発明の好ましい別の実施形態によれば、前記プロファイル測定装置は、前記所定の方向に直角に配置され電子ビームの２次元プロファイルを測定する第１プロファイル測定器と、
前記所定の方向に直角に配置されレーザービームの２次元プロファイルを測定する第２プロファイル測定器とを有する。
【００２２】
また、本発明によれば、電子ビームとレーザービームが正面衝突する衝突位置近傍の前記各ビームの断面プロファイルを連続的に測定するプロファイル測定装置を前記各ビームの軸方向にほぼ一致する所定の方向に連続的に移動する連続移動ステップと、
該連続移動ステップで得られた断面プロファイル、その前記所定方向の位置、及び各ビームの発振タイミングから前記各ビームの３次元プロファイルの時間変化を作成するプロファイル作成ステップと、を有することを特徴とする電子ビーム及びレーザービームのプロファイル測定方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
上記本発明の装置及び方法によれば、移動装置により、プロファイル測定装置を電子ビーム及びレーザービームの軸方向にほぼ一致する所定の方向に連続的に移動するので、プロファイル測定装置により、前記所定方向の各位置で電子ビーム及びレーザービームの各２次元プロファイルを測定することができる。
従って、電子ビーム及びレーザービームの焦点（ビームウエイスト）が特定の位置（例えば衝突予定点）から外れた位置にある場合でも、その位置に移動して焦点を直接測定することができる。
また、前記所定方向の各ビームの中心位置から各ビームの入射角度を直接測定することができる。
従って、電子ビームとレーザービームの焦点及び入射角度を精密に一致させることができる。
【００２４】
また、プロファイル作成装置を用いることにより、プロファイル測定装置により測定された断面プロファイル、その前記所定方向の位置、及び各ビームの発振タイミングから電子ビーム及びレーザービームの４次元プロファイル（３次元プロファイルの時間変化）を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明によるプロファイル測定装置を備えた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およびレーザー発生装置２０を備える。
【００２７】
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（四極電磁石）１５、減速管１６、およびビームダンプ１７を備える。
【００２８】
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前後の高エネルギーの電子ビームを形成する。この電子ビームは、例えば約１μｓ前後のパルス電子ビーム１である。
特にパルス電子ビーム１は、１つの電子の塊に、周回するレーザービームを何度も衝突させるため、レーザービームの周回時間（約１０ｎｓ）よりも、大きな電子ビームを発生する必要があるため、マルチバンチパルス電子ビームであるのが良い。
【００２９】
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。
【００３０】
同期装置１９は、電子ビーム発生装置１０とレーザー発生装置２０の同期をとり、パルス電子ビーム１のタイミングと後述するパルスレーザービーム３とのタイミングを合わせ、パルス電子ビーム１とパルスレーザービーム３が所定の直線軌道２上の衝突点２ａで衝突するように制御する。
【００３１】
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。
【００３２】
レーザー発生装置２０は、レーザー装置２１と可変ビームエキスパンダ２２を有し、レーザービームを発生し、これを所定のビーム径に拡大して照射する機能を有する。
レーザー装置２１は、例えば波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーである。またパルスレーザービーム３は、この例に限定されず、エキシマレーザーのＡｒＦ（波長１９３ｎｍ），ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ），ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ），ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ），Ｆ２（波長１５７ｎｍ）やＹＡＧレーザーの第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第４高調波（波長２６６ｎｍ）、第５高調波（波長２１３ｎｍ）、その他を用いてもよい。
【００３３】
またこの例でレーザー発生装置２０は、レーザービーム周回光学系２４を有し、パルスレーザービーム３を反射ミラーを介して周回路５内に導入し、このパルスレーザービーム３を周回する周回路５内に閉じ込めて、周回路内のレーザービーム集光点９（図示せず、図３（Ｃ）参照）を繰り返し通過させるようになっている。
【００３４】
なお、本発明において、レーザービームが連続レーザービームであり、レーザー装置２１が連続レーザー装置であってもよいが、レーザービームがパルスレーザービーム３であり、レーザー装置２１がパルスレーザー装置であるのが好ましい。
また、本発明のプロファイル測定装置は、上述したＸ線発生装置に限定されず、電子ビームとレーザービームが正面衝突するその他のＸ線発生装置にも適用することができる。
以下、レーザービーム３がパルスレーザービームであり、レーザー装置２１がパルスレーザー装置である場合について説明する。
【００３５】
図１において、電子ビーム１（この例ではパルス電子ビーム）とレーザービーム３（この例ではパルスレーザービーム）は、所定の直線軌道２上の衝突点２ａで正面衝突するように制御される。
電子ビーム１の制御は、ベンディング磁石１４により電子ビーム１の軌道を制御し、Ｑ−磁石１５によりパルス電子ビーム１の収束具合を制御し、同期装置１９により、パルス電子ビーム１の衝突点２ａへの到着時間を制御するようになっている。
また、レーザービーム３の制御は、反射ミラー又は集光レンズの横方向位置によりレーザービーム３の軌道を制御し、集光レンズの軸方向位置によりレーザービーム３の集光位置を制御し、同期装置１９により、レーザービーム３の衝突点２ａへの到着時間を制御するようになっている。
なお、本発明のプロファイル測定装置は、この制御手段に限定されず、その他の手段で電子ビーム１の制御とレーザービーム３の制御を行ってもよい。
【００３６】
図２は、電子ビーム１とレーザービーム３の衝突態様を示している。この図において、（Ａ）は両ビームの焦点（ビームウエイスト）及び入射角度の両方がずれている状態、（Ｂ）は両ビームの焦点及び入射角度の両方が一致している状態を示している。なお以下、ビームウエイストを含めて「焦点」と呼ぶ。
図２（Ａ）のように、電子ビーム１とレーザービーム３の焦点及び入射角度の両方がずれている場合には、両ビームのプロファイルのオーバーラップが小さいため、衝突により発生するＸ線の強度は弱くなる。
そのため、発生するＸ線の強度を高めるためには、図２（Ｂ）のように、電子ビーム１とレーザービーム３の焦点及び入射角度の両方を一致させる必要がある。
【００３７】
また、電子ビーム及びレーザービームがパルスビームである場合において、図２の（Ｃ）は両ビームが焦点を同時に通過しない状態、（Ｄ）は同時に通過する状態を示している。
図２（Ｃ）のように、電子ビーム１とレーザービーム３が焦点以外の位置で衝突する場合には、電子ビーム及びレーザービームの衝突時の密度分布が低いため、発生するＸ線の強度は弱くなる。
そのため、発生するＸ線の強度を高めるためには、図２（Ｄ）のように、電子ビーム１とレーザービーム３が焦点を同時に通過するように制御する必要がある。
【００３８】
本発明の基本的概念は、後述するプロファイル測定装置を各ビームの軸方向にほぼ一致する所定の方向へ可動とすることにより、可動範囲全ての位置でレーザービーム３及び電子ビーム１の位置及び分布を測定することにある。
電子ビーム１とレーザービーム３の衝突効率を上げるには、図２（Ａ）（Ｂ）のようにレーザービーム３、電子ビーム１のビームウエイスト（焦点）を結ぶ様子を直接測定できれば、ビームサイズが最も小さく測定された位置をビームウエイスト（焦点）であると断定できる。
また、図２（Ｄ）のように、電子ビーム及びレーザービームがパルスビームである場合には、電子ビームとレーザービームが同時に収束され焦点となる位置を通過する必要がある。
本発明の装置及び方法は、図２（Ｄ）の状態を容易に実現することを目的としている。
【００３９】
図３は、本発明によるプロファイル測定装置の第１実施形態図である。
図３（Ａ）において、本発明のプロファイル測定装置は、プロファイル測定装置３０、移動装置４０、及びプロファイル作成装置５０を備える。
本発明において、電子ビーム１及びレーザービーム３の軸方向にほぼ一致する所定の方向をｘ方向と定義する。このｘ方向は、図１における設計上の直線軌道２と同一であり、同様に設計上の衝突点２ａを原点とするのがよい。なお、実際の使用状態において、電子ビーム１及びレーザービーム３の軸方向は、ｘ方向と厳密には一致しなくてもよい。
【００４０】
プロファイル測定装置３０は、この例では、平板状のターゲット板３１、第１光検出器３２、及び第２光検出器３３を有する。
平板状のターゲット板３１は、好ましくは金属製であり、上述したｘ方向に対して所定の角度（例えば４５度）で配置されている。ターゲット板３１は、好ましくは遷移放射光用ターゲット（例えばアルミ蒸着ミラー）であるのがよい。
第１光検出器３２は、光電子増倍管又はストリークカメラであり、ターゲット板３１と電子ビーム１との衝突で発生する遷移放射光６の２次元プロファイルを連続的に測定する。遷移放射光６は電子ビーム１がターゲット板３１を通過する際に放射されるため、この遷移放射光の時間方向分布を第２光検出器３３（光電子増倍管やストリークカメラ等）で測定することにより、電子ビームが衝突点を通過するタイミングを正確に知ることが可能となる。
第２光検出器３３は、ターゲット板３１で反射されたレーザービーム３の２次元プロファイルを測定する。ターゲット板３１（この例で、遷移放射光用ターゲット）はレーザービーム３の反射ミラーとしても使用できるため、レーザービーム３が衝突点を通過するタイミングを同様に測定することが可能となる。この両タイミングを比較し適切に両タイミングを合わせることによりＸ線強度を最大化できる。
なお、第１光検出器３２で、ターゲット板３１と電子ビーム１との衝突で発生する遷移放射光６の２次元プロファイルを測定すると同時に、ターゲット板３１とレーザービーム３との衝突によりできた投影像を測定することもできる。その場合は、第２光検出器３３は不要となる。
【００４１】
この構成により、電子ビーム１とレーザービーム３が正面衝突する衝突位置（衝突点２ａ）の近傍の電子ビーム１とレーザービーム３の断面プロファイルを連続的に測定することができる。
すなわち、レーザービーム１と電子ビーム３の空間的位置が一致した時点で、レーザービーム１と電子ビーム３の時間的な関係を知るには、遷移放射光用ターゲット（金属ミラー）から放射される遷移放射光６とレーザービーム３の時間分布を直接比較することが一番確実である。
【００４２】
なおこの図において、５２はプロファイル測定装置３０を内部に格納する真空チャンバー、５３，５４は真空ベローズ（又は蛇腹）であり、真空チャンバー５２をビームパイプと一体に連結してビームラインの真空を保ちながら、真空チャンバー５２をｘ方向に移動可能にしている。
【００４３】
移動装置４０は、この例では、直動アクチュエータ４２と位置検出装置４４を有する。
またこの図において、４１ａはレール、４１ｂはガイドである。ガイド４１ｂは真空チャンバー５２に固定されており、レール４１ａに沿って真空チャンバー５２（及び内部のプロファイル測定装置３０）をｘ方向に精密に案内している。
直動アクチュエータ４２は、直動の電動又は流体圧シリンダであり、ターゲット板３１のｘ方向に連続的に移動する。なお、直動アクチュエータ４２は、回転アクチュエータと直動機構（例えばラックピニオン）であってもよい。
位置検出装置４４は、例えばマグネスケール（登録商標）であり、移動中のターゲット板３１のｘ方向位置を好ましくは１０μｍ以下の分解能で精密に検出する。
この構成により、プロファイル測定装置３０を電子ビーム１及びレーザービーム３の軸方向にほぼ一致するｘ方向に連続的に移動しかつそのｘ方向位置を精密に検出することができる。
【００４４】
この図において例えば斜め４５度に設置された金属ターゲット３１に電子ビーム１が入射すると同時にこの図の上方向に遷移放射光６が発生する。この遷移放射光６とレーザービーム３の時間差を光電子増倍管などで電気信号へ変換し、信号の時間差を測定することで、レーザービーム３と電子ビーム１の衝突点での時間差を知ることができる。
ただし、２つの光検出器３２，３３の遅延時間は既知であり、またターゲット３１からそれぞれの光検出器までの光路差は同じか、或いはその差が正確にわかっているものとする。
【００４５】
図３（Ｂ）は、遷移放射光６の発生状態を模式的に示している。電子ビーム１の焦点が金属ターゲット３１の表面上に位置するとき（太い実線）には、金属ターゲット３１の焦点に相当する狭い領域（例えば楕円形）から強い遷移放射光６が発生する。
図３（Ｃ）は、これに対し、電子ビーム１の焦点が金属ターゲット３１の表面上に位置しないとき（細線）には、金属ターゲット３１の焦点より広い領域から弱い遷移放射光６が発生する。
従って、金属ターゲット３１を移動し、最も狭い領域から最も強い遷移放射光６が発生する箇所に電子ビーム１の焦点が位置すると判断することができる。
レーザービームの場合も同様である。
【００４６】
プロファイル作成装置５０は、例えばＰＣ（コンピュータ）であり、プロファイル測定装置３０により測定された断面プロファイル、そのｘ方向位置、及び各ビームの発振タイミングから電子ビーム１及びレーザービーム３の３次元プロファイルの時間変化を作成する。
プロファイル作成装置５０で得られた３次元プロファイルの時間変化は、記憶装置に記憶するとともに、図示しないディスプレイ装置やプリント装置に出力すると共に、上述した同期装置１９に出力するのがよい。
【００４７】
図４は、本発明によるプロファイル測定装置の第２実施形態図である。
この例において、プロファイル測定装置３０は、平板状のターゲット板３１、単一の光検出器３４、第１反射ミラー系３６ａ，３５ｂ、及び第２反射ミラー系３６ａ，３６ｂを有する。
平板状のターゲット板３１は、第２実施形態図と同様に、好ましくは金属製であり、上述したｘ方向に対して所定の角度（例えば４５度）で配置されている。
単一の光検出器３４は、遷移放射光６とレーザービーム３の２次元プロファイルを測定する。
第１反射ミラー系３６ａ，３５ｂは、この例では２枚の反射ミラー３６ａ，３５ｂからなり、ターゲット板３１と電子ビーム１との衝突で発生する遷移放射光６を光検出器３４へ導く。
第２反射ミラー系３６ａ，３６ｂは、この例では別の２枚の反射ミラー３６ａ，３６ｂからなり、ターゲット板３１で反射されたレーザービーム３を同一の光検出器３４へ導くようになっている。第１反射ミラー系３６ａ，３５ｂと第２反射ミラー系３６ａ，３６ｂの光路長は好ましくは正確に一致するのがよい。
なおその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４８】
この例は、光検出器３４を１台とし、金属ターゲット３１以降の光路は適切な光輸送系となっている。この構成によれば、レーザービーム３の光路と遷移放射光６の光路差が既知又は０となっていれば、光検出器３４で時間差がある２つのパルス信号として測定することができる。
この構成により、単一の光検出器３４で、遷移放射光６とレーザービーム３の２次元プロファイルを測定することができる。なお、遷移放射光６とレーザービーム３を同時に測定して波長の相違で分離してもよく、或いは別個に測定してもよい。
従って、この構成により、第１実施形態と同様に、電子ビーム１とレーザービーム３が正面衝突する衝突位置（衝突点２ａ）の近傍の電子ビーム１とレーザービーム３の断面プロファイルを連続的に測定することができる。
【００４９】
図５は、本発明によるプロファイル測定装置の第３実施形態図である。
この例において、プロファイル測定装置３０は、単一の光検出器３４、平板状の第１ターゲット板３１ａ及び第２ターゲット板３１ｂを有する。
平板状のターゲット板３１ａは、上述したターゲット板３１と同様に、好ましくは金属製であり、上述したｘ方向に対して所定の角度（例えば４５度）で配置されている。
単一の光検出器３４は、第２実施形態図と同様に、遷移放射光６とレーザービーム３の２次元プロファイルを測定する。
平板状の第２ターゲット板３１ｂは、所定のｘ方向に対して所定の角度（例えば４５度）で配置され、レーザービーム３を同一の光検出器３４へ反射する。すなわち、第１ターゲット板３１ａと第２ターゲット板３１ｂは、遷移放射光６とレーザービーム３を同一の光検出器３４へ導くようになっている。
第１ターゲット板３１ａと第２ターゲット板３１ｂから光検出器３４までの光路長は好ましくは正確に一致するのがよい。
【００５０】
また、移動装置４０は、第１ターゲット板３１ａと第２ターゲット板３１ｂを好ましくはそのｘ方向長さを超えて連続的に移動し、移動中の第１ターゲット板３１ａと第２ターゲット板３１ｂのｘ方向位置を精密に検出するようになっている。
その他の構成は、第１、２実施形態と同様である。
【００５１】
この例は、金属ターゲット３１ａ，３１ｂをレーザー用と遷移放射光用の２枚用意することにより、光路差が金属ターゲットの部分のみになるようにしたものである。図のように逆向きに４５度に傾けた第２ターゲット板３１ｂを、遷移放射光ターゲット（第１ターゲット板３１ａ）の裏側に設置する。
あらかじめ、蛍光板スクリーン等により、レーザー及び電子ビームの空間位置が正確に調整されていれば、レーザービーム或いは電子ビームがターゲットのどの部分を通過するかわかっているので、レーザービームと遷移放射光の光路差は既知となる。
【００５２】
この構成により、第１ターゲット板３１ａと第２ターゲット板３１ｂにより、単一の光検出器３４で、遷移放射光６とレーザービーム３の２次元プロファイルを測定することができる。なお、遷移放射光６とレーザービーム３を同時に測定して波長の相違で分離してもよく、或いは別個に測定してもよい。
従って、この構成により、第１、２実施形態と同様に、電子ビーム１とレーザービーム３が正面衝突する衝突位置（衝突点２ａ）の近傍の電子ビーム１とレーザービーム３の断面プロファイルを連続的に測定することができる。
【００５３】
図６は、本発明によるプロファイル測定装置の第４実施形態図である。
この例において、プロファイル測定装置３０は、第１プロファイル測定器３７及び第２プロファイル測定器３８を有する。
第１プロファイル測定器３７は、電子ビーム用のビームプロファイラであり、上述のｘ方向に直角（垂直）に配置され、電子ビーム２の２次元プロファイルを直接測定するようになっている。
また、第２プロファイル測定器３８は、レーザービーム用のビームプロファイラであり、ｘ方向に直角に配置され、レーザービーム３の２次元プロファイルを直接測定するようになっている。
なお第１プロファイル測定器３７と第２プロファイル測定器３８の間には、電子ビーム及びレーザービームを遮断する遮蔽板３９が挿入されているのがよい。
また、この例において、移動装置４０は、第１プロファイル測定器３７及び第２プロファイル測定器３８を好ましくはそのｘ方向長さを超えて連続的に移動し、移動中の第１プロファイル測定器３７及び第２プロファイル測定器３８のｘ方向位置を精密に検出するようになっている。
その他の構成は、第１〜３実施形態と同様である。
【００５４】
上述した本発明による各プロファイル測定装置を用いて、本発明のプロファイル測定方法は、連続移動ステップＳ１とプロファイル作成ステップＳ２とを有する。
連続移動ステップＳ１では、上述したプロファイル測定装置３０を電子ビーム１とレーザービーム３が正面衝突する衝突位置２ａの近傍において、電子ビーム１及びレーザービーム３の軸方向にほぼ一致するｘ方向に連続的に移動する。
プロファイル作成ステップＳ２では、連続移動ステップＳ１で得られた多数の断面プロファイル、ｘ方向位置、及び各ビームの発振タイミングから電子ビーム１及びレーザービーム３の３次元プロファイルの時間変化を作成する。
【００５５】
上述した本発明のプロファイル測定装置３０で測定される電子ビーム１とレーザービーム３の断面プロファイルは、ある瞬間の各断面プロファイルのみである。従ってこの単一のプロファイルのみからは、両ビームの焦点及び入射角度を求めることはできない。
そこで本発明では、直動アクチュエータ４２により、ターゲット板３１、反射ミラー３７、第１プロファイル測定器３８及び第２プロファイル測定器３９をそのｘ方向長さを超えて連続的に移動し、その際に連続的に得られる多数の断面プロファイルから、電子ビーム１及びレーザービーム３の３次元プロファイルを作成する。
また、電子ビーム１及びレーザービーム３がパルスビームである場合には、各ビームの３次元プロファイルを瞬時に同時には測定できないので、ビームの発振タイミングとの関連で多数のプロファイルデータを記憶装置（図示せず）に記憶し、これらを統合して電子ビーム１及びレーザービーム３の３次元プロファイルの時間変化を作成する。
【００５６】
電子ビーム１及びレーザービーム３の３次元プロファイルが得られると、これから、図２（Ａ）に示したように両ビームの焦点及び入射角度を求めることができる。
またこの両方が互いにずれている状態、例えば、電子ビーム１の焦点及び入射角度は一般に調整が困難なため、レーザービーム３の反射ミラー又は集光レンズの位置を調整して図２（Ｂ）のように両ビームの焦点及び入射角度の両方が一致している状態に容易に調整することができる。
また３次元プロファイルの時間変化から、図２（Ｃ）に示したように両ビームが焦点を同時に通過しない状態を確認することができる。
この場合、同期装置１９により、パルス電子ビーム１の衝突点２ａへの到着時間を制御し、或いは同期装置１９により、レーザービーム３の衝突点２ａへの到着時間を制御することにより、図２（Ｄ）のように、電子ビーム１とレーザービーム３が焦点を同時に通過するように制御することができる。
【００５７】
上述したように本発明は、電子ビームとレーザービームの衝突によるＸ線生成装置において、衝突点付近でのレーザービーム３と電子ビーム１の４次元（空間３次元及び時間軸）パラメータを正確に測定することにより、電子ビームとレーザービームの４次元空間での完全なオーバーラップを実現し、Ｘ線の生成を最大化するものである。
【００５８】
電子ビームとレーザービームの衝突装置においては、衝突点と想定される地点に１台のプロファイル測定装置を設置することが従来一般的であるが、この場合、プロファイル測定装置の位置での両ビームの位置及びプロファイルが測定できるにすぎない。
そのためこの場合、レーザービーム及び電子ビームのビームウエイスト（焦点）を特定することはできない。そこでビームウエイスト（焦点）を特定するためには、プロファイル測定装置の設置地点が焦点位置であると仮定し、プロファイル測定装置上でのプロファイルが最小となるように４極電磁石の収束強度を変化させることによりビーム光学系を調整しなくてはならない。
また、ビーム光学系の調整では衝突点への入射角を特定することは不可能である。そのため、電子ビームとレーザービームの衝突確率の向上には従来限界があった。
【００５９】
衝突確率の向上のためには、特に、電子ビームとレーザービームを絞った焦点及び入射角度を一致させ、その上で、衝突点（ビームウエイスト位置）を通過するタイミングを合わせなければならない。
本発明によれば、電子ビームとレーザービームの衝突点での両ビームの空間及び時間的分布を精密に測定することが可能である。そのため、電子ビームとレーザービームを設計どおりに衝突させ、高い衝突確率でＸ線を発生させることが可能となる。
また、衝突時のＸ線強度を計算する際に重要なレーザービームのＭ２や電子ビームのエミッタンスおよびｔｗｉｓｓパラメータ等を、レーザービームや電子ビームの光学系を崩すことなく衝突点にて直接測定できる。
一般に、電子ビームではＱスキャン法による測定が一般であるが、収束のためのＱ磁石のＫ値のエラーや、Ｑ磁石からプロファイル測定装置までの距離の誤差、Ｋ値を変化させる必要があるため、電磁石磁性体のヒステリシスの問題があるなど、測定誤差の要因が多い。本発明では、プロファイル測定装置を前記ｘ方向に例えば数１０ミクロンの精度で移動させながらそれぞれの位置でのプロファイルを測定するので、上記のような問題は発生しない。
【００６０】
非特許文献２に開示されたプロファイル測定手段との相違点をここで再度説明する。
従来技術と最も異なるのは４次元でビームおよびレーザービームの状態を把握できることにある。従来のように固定されたモニタでは測定可能なデータは固定されたモニタを通過する時の状態だけであり、モニタ位置でのパルスの状態（空間＆時間軸）を完全に予測することは  不可能である。すなわち理論的な軌道解析シミュレーションと実際のモデルには多くの相違があり、完全な位置と状態を理論的に導出したものを実モデルに反映することは極めて困難である。
【００６１】
また、非特許文献２のようにモニタを所定の３箇所に置いた場合、焦点位置やパルスの状態を完全にトレースすることは  不可能である。例えばある状態における  焦点がどの位置にいるのかを把握することは固定  されたモニタでは不可能（見かけ上の焦点と焦点の区別をする等）である。  
また、時間軸に対するレーザパルスとパルス電子ビームの一致させることも非現実的である。  
そこで、上述したようにレーザービームとビームの軌道を時間的空間的にトレースすることが  完全な衝突を実現するためには必要且つ最も容易な方法である。  
本発明は例えば１０μｍ単位で任意の位置でレーザービームおよびビームの状態を確認することができる  機構を有した装置であり、上記課題を容易に解決するものである。  
言い換えれば、完全な衝突を実現するためには  間接的な測定（固定モニタで観測した状態から衝突位置での状態（空間的位置、時間的位置、傾き）を推測する）では不可能である。そのため、本発明のように直接測定（ビームおよびレーザービームの進行方向（軸方向）に沿って状態をスキャンすることで全ての状態（空間的、時間的、傾き）を行うことが完全衝突には必要不可欠である。  
【００６２】
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。例えば、プロファイル測定装置として、周知の蛍光板スクリーン、ワイヤースキャナー、ナイフエッジ等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明によるプロファイル測定装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。
【図２】電子ビームとレーザービームの衝突態様を示す図である。
【図３】本発明によるプロファイル測定装置の第１実施形態図である。
【図４】本発明によるプロファイル測定装置の第２実施形態図である。
【図５】本発明によるプロファイル測定装置の第３実施形態図である。
【図６】本発明によるプロファイル測定装置の第４実施形態図である。
【図７】非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」の構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  電子ビーム（パルス電子ビーム）、２  直線軌道、２ａ  衝突点、
３  レーザービーム（パルスレーザービーム）、４  単色硬Ｘ線、５  周回路、
６  遷移放射光、９  レーザービーム集光点、
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、１８  高周波電源、
１９  同期装置、２０  レーザー発生装置、
２１  レーザー装置、２２  可変ビームエキスパンダ、
２４  レーザー光周回装置
３０  プロファイル測定装置、３１  ターゲット板（金属ターゲット）、
３１ａ  第１ターゲット板（金属ターゲット）、
３１ｂ  第２ターゲット板（金属ターゲット）、
３２  第１光検出器、３３  第２光検出器、３４  光検出器、
３６ａ，３５ｂ  第１反射ミラー系（反射ミラー）、
３６ａ，３６ｂ  第２反射ミラー系（反射ミラー）、
３７  第１プロファイル測定器、３８  第２プロファイル測定器、３９  遮蔽板、
４０  移動装置、４１ａ  レール、４１ｂ  ガイド、
４２  直動アクチュエータ、４４  位置検出装置、
５０  プロファイル作成装置、５２  真空チャンバー、
５３，５４  真空ベローズ（蛇腹）
【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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