JP2024502324A

JP2024502324A - Ｘ線源駆動回路及びこれを用いたｘ線発生装置

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Publication number: JP2024502324A
Application number: JP2023539927A
Authority: JP
Inventors: スンフンシン
Original assignee: Vatech Co Ltd
Current assignee: Vatech Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2024-01-18
Also published as: EP4274388A1; CN116998223A; US20240064886A1; KR20230118120A; WO2022146104A1

Abstract

本発明は、絶縁破壊可能性が低く、高電圧回路間の絶縁距離を減らすことができるＸ線源駆動回路及びこれを用いて軽量化及び小型化が可能なＸ線発生装置を提供することに目的がある。上記目的を達成するための本発明のＸ線発生装置は、カソード電極、アノード電極及びゲート電極を含み、それぞれの電極に印加される駆動電圧でＸ線を生成するＸ線源と、第１トランスフォーマーと、前記第１トランスフォーマーから出力された第１電圧を倍圧する少なくとも１つの倍電圧部とを含む第１電圧変換部と、第２トランスフォーマーと、前記第２トランスフォーマーから出力された第２電圧を倍圧する倍電圧部とを含む第２電圧変換部と、を含み、前記第１電圧変換部の倍電圧部は、前記第１電圧から互いに電位差を有するカソード電圧及びアノード電圧を生成し、前記第２電圧変換部の倍電圧部は、前記第２電圧からゲート電圧を生成するが、前記第２トランスフォーマーの二次側の電極のうちの一つを前記カソード電圧に共通に接続して前記第２トランスフォーマーの一次側と二次側を実質的に絶縁させ、前記第１トランスフォーマーの二次側に接続された倍電圧部と前記第２トランスフォーマーに接続された倍電圧部とが、前記カソード電圧を共通電位とする実質的な単一回路を形成し得る。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線源駆動回路及びこれを用いたＸ線発生装置に関する。

Ｘ線発生装置の小型化と軽量化のため、金属ナノチップ（ｍｅｔａｌｎａｎｏｔｉｐ）又はカーボンナノチューブ（ＣＮＴ：ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅ）などの冷陰極エミッタを用いた電界放出Ｘ線源が商用化されている。

高温加熱による等方性の熱電子を放出する従来の熱陰極フィラメントとは異なり、電界放出（ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ）Ｘ線源は、常温で量子力学的にトンネリングされた異方性の冷電子を放出する冷陰極エミッタを使う。よって、相対的に低い電力で電子放出が可能であり、電子の指向性が優れるため、Ｘ線放出効率が非常に高い。また、パルス状のＸ線放出が容易であって動画の撮影に用いられ得る。

電界放出Ｘ線源を用いたＸ線発生装置は、電界放出Ｘ線源のアノード電極、カソード電極、ゲート電極のそれぞれに適切な駆動電圧を印加するために、直流の電源電圧を交流に変換するためのインバータ（ｉｎｖｅｒｔｏｒ）、交流電圧を適当な大きさに昇圧するためのトランスフォーマー（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、倍電圧部（ｖｏｌｔａｇｅｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）などを含むことで、カソード電極とゲート電極との電位差は約５ｋＶ～１０ｋＶ、カソード電極とアノード電極との電位差は約５０ｋＶ～１００ｋＶとなるようにしなければならない。

電界放出Ｘ線源を用いる一般的なＸ線発生装置は、従来の熱陰極フィラメント方式と対比して、カソード電極とゲート電極との間には数～十数ｋＶの電位差、カソード電極とアノード電極には数十ｋＶの電位差が要求されるので、絶縁破壊可能性がある。絶縁安定性を高めるためには、絶縁距離を増やしたり、高電圧遮蔽構造を追加したりすることができるが、これは、小型化と軽量化に適合しないという問題点がある。

本発明は、絶縁破壊可能性が低く、高電圧回路間の絶縁距離を減らすことができるＸ線源駆動回路、及びこれを用いて軽量化及び小型化が可能なＸ線発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のＸ線発生装置は、カソード電極、アノード電極、ゲート電極を含み、それぞれの電極に印加される駆動電圧でＸ線を生成するＸ線源と、第１トランスフォーマーと、前記第１トランスフォーマーから出力された第１電圧を倍圧する少なくとも１つの倍電圧部とを含む第１電圧変換部と、第２トランスフォーマーと、前記第２トランスフォーマーから出力された第２電圧を倍圧する倍電圧部とを含む第２電圧変換部と、を含み、前記第１電圧変換部の倍電圧部は、前記第１電圧から互いに電位差を有するカソード電圧及びアノード電圧を生成し、前記第２電圧変換部の倍電圧部は、前記第２電圧からカソード電圧を生成するが、前記第２トランスフォーマーの二次側電極のうちの一つを前記カソード電圧に共通に接続して前記第２トランスフォーマーの一次側と二次側を実質的に絶縁させ、前記第１トランスフォーマーの二次側に接続された倍電圧部と前記第２トランスフォーマーに接続された倍電圧部とが、前記カソード電圧を共通電位とする実質的な単一回路を形成し得る。

上記目的を達成するための本発明のＸ線源の駆動回路は、カソード電極、アノード電極、ゲート電極を含むＸ線源の駆動のために前記カソード電極に印加されるカソード電圧、前記アノード電極に印加されるアノード電圧、前記ゲート電極に印加されるゲート電圧を生成するＸ線源の駆動回路であって、電源電圧として前記アノード電圧と前記アノード電圧よりも小さい負（－）のカソード電圧を生成する第１電圧変換部と、前記カソード電圧を基準に、前記電源電圧として前記カソード電圧よりも大きく、前記アノード電圧よりも小さいゲート電圧を生成する第２電圧変換部と、を含み得る。

本発明は、高電圧回路間の絶縁距離を減らすことができるＸ線源駆動回路を提供することにより、絶縁破壊の危険が低く、軽量化及び小型化が可能なＸ線発生装置を提供するという効果がある。

本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。本発明に適用可能な電界放出Ｘ線源を示す図である。本発明の一実施形態に係る第１電圧変換部の一部を示す図である。本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。フィードバック回路を含む本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。フィードバック回路を含む本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。フィードバック回路を含む本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。フィードバック回路を含む本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。

前述した目的、特徴、及び利点は、添付図面に関連した次の実施形態によってより明らかになるであろう。

特定の構造的又は機能的説明は、本発明の概念による実施形態を説明するための目的でのみ例示されたものに過ぎず、本発明の概念による実施形態は、様々な形態で実施でき、本出願の明細書で説明された実施形態に限定されると解釈されてはならない。

本発明の概念による実施形態は、様々な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるので、特定の実施形態は、図面に例示し、本出願の明細書に詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明の概念による実施形態を特定の開示形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術の範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解されるべきである。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる、或いは「接続されて」いると言及された場合には、該他の構成要素に直接連結又は接続されていることもあるが、それらの間に別の構成要素が介在することもあると理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いる、或いは「直接接続されて」いると言及された場合には、それらの間に別の構成要素が介在しないと理解されるべきである。構成要素間の関係を説明するための他の表現、すなわち「～間に」と「すぐに～間に」又は「～に隣り合う」と「～に直接隣り合う」等も同様に解釈されるべきである。

本出願の明細書で使用する用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとするものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」などの用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つ又はそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組み合わせの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

別に定義しない限り、ここで使用される全ての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同一の意味を持っている。一般に使用される辞典に定義されているような用語は、関連技術の文脈上において有する意味と一致する意味であると解釈されるべきであり、本明細書において明白に定義しない限りは、理想的又は過度に形式的な意味で解釈されない。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明することにより、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同一の参照符号は同一の部材を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。図２は、本発明に適用可能な電界放出Ｘ線源を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る第１電圧変換部の一部を示す図である。

図１を参照すると、本実施形態に係るＸ線発生装置は、電源部１０、電源部１０から印加される電源電圧をＸ線源の駆動電圧に変換する駆動電圧生成部２０、及び駆動電圧生成部２０の駆動電圧でＸ線を生成及び放出するＸ線源３０を含む。

電源部１０は、直流の電源電圧を駆動電圧生成部２０に提供する。電源電圧は、５～３０Ｖ、一例として約２４Ｖであってもよく、１２Ｖ又は他の大きさの電圧であってもよい。電源部１０は、商用の交流電力を所定の大きさの電源電圧に変換するアダプタ、又は直流電圧を提供する様々な類型のバッテリーで実現でき、必要に応じて、電源から供給される直流電圧を昇圧する昇圧回路を含むことができる。

Ｘ線源３０は、駆動電圧生成部２０から伝達される駆動電圧でＸ線を生成及び放出する。図２を参照すると、本発明に係るＸ線発生装置に適用可能な電界放出Ｘ線源３０は、チューブ状の真空容器Ｈの一端にカソード電極３１が位置し、真空容器Ｈの他端に向かうカソード電極３１の一面にはエミッタＥが設けられる。エミッタＥには、金属ナノチップ又はカーボンナノチューブなどで実現される電子放出チップが設けられる。真空容器Ｈの他端にはアノード電極３３が位置し、エミッタＥに向かうアノード電極３３の一面には、タングステン等で実現されるターゲット面Ｔが備えられる。そして、真空容器Ｈ内のカソード電極３１とアノード電極３３との間にはゲート電極３２が位置する。ゲート電極３２は、エミッタＥの電子放出チップと対応する多数の孔が貫通するメッシュ形状を有することができる。ゲート電極３２とアノード電極３１との間に電界の集束のための集束電極が設けられてもよい。

Ｘ線源３０の駆動のための駆動電圧は、カソード電極３１に印加されるカソード電圧、ゲート電極３２に印加されるゲート電圧、及びアノード電極３３に印加されるアノード電圧を含む。本発明の実施形態によって、カソード電極３１に印加されるカソード電圧を基準電位とすると、アノード電圧は、基準電位に対して５０ｋＶ～１００ｋＶ、具体的には６０ｋＶ～６５ｋＶの電位差を有することができる。ゲート電極３２に印加されるゲート電圧は、基準電位に対して０．５ｋＶ～２０ｋＶ、具体的には約１０ｋＶの電位差を有することができる。すなわち、アノード電圧＞ゲート電圧＞カソード電圧の電圧大きさの関係が成立し、それぞれの電極に当該電圧が印加されるとき、エミッタから放出された電子が十分に加速されてＸ線が放出され得る。前述したアノード電圧、ゲート電圧、カソード電圧の具体的な数値範囲は、用途別Ｘ線発生装置の管電圧規格を満たすことができるようにするが、本発明は、これに限定されるものではない。

カソード電極３１及びアノード電極３３にそれぞれカソード電圧及びアノード電圧が印加された状態でゲート電極３２にゲート電圧が印加されると、これをスイッチング信号でエミッタＥから電子が放出され、放出された電子は、カソード電極３１とアノード電極３３との電位差によりメッシュ構造のゲート電極３２を通過してアノード電極３３に向かって加速されてターゲット面Ｔを打撃することにより、Ｘ線が生成及び放出される。

駆動電圧生成部２０は、電源部１０から電源電圧の印加を受けて駆動電圧、すなわちアノード電圧、ゲート電圧、カソード電圧を生成し、第１及び第２電圧変換部２１、２２を含む。第１電圧変換部２１は、数十～数百ｋＶのカソード－アノード電圧を生成するためのものであり、第１インバータＩ１、第１トランスフォーマーＴ１、第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２を含むことができる。第２電圧変換部２２は、数ｋＶ～十数ｋＶのカソードゲート電圧を生成するためのものであって、第２インバータＩ２、第２トランスフォーマーＴ２及び第３倍電圧部Ｍ３を含むことができる。第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２は、入力電圧をｎ倍に増幅する倍電圧回路で実現でき、好ましくは、コッククロフトウォルトン（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ－Ｗａｌｔｏｎ）倍電回路であり得る。第１電圧変換部２１の第１インバータＩ１は、電源部１０から提供される直流の電圧を第１交流電圧に変換する。第１トランスフォーマーＴ１は、第１インバータＩ１から出力されて一次側に入力される第１交流電圧を昇圧して二次側に第１昇圧電圧を出力する。

第１倍電圧部Ｍ１は、第１トランスフォーマーＴ１から出力された第１昇圧電圧を正（＋）のアノード電圧に倍圧する。第２倍電圧部Ｍ２は、第１トランスフォーマーＴ１から出力された第１昇圧電圧を負（－）のカソード電圧に倍圧する。第３倍電圧部Ｍ３は、第２トランスフォーマーＴ２から出力された第２昇圧電圧をゲート電圧に倍圧する。

図３を参照すると、第１電圧変換部は、第１トランスフォーマーＴ１と、第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２とを含むことができる。第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２は、第１トランスフォーマーＴ１の二次側（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）に接続される。第１倍電圧部Ｍ１は、第１トランスフォーマーＴ１の二次側から出力される電圧を倍圧して正（＋）のアノード電圧を生成し、第２倍電圧部Ｍ２は、倍電圧部の共通電位を基準に、第１トランスフォーマーＴ１の二次側から出力される電圧を倍圧して、負（－）のカソード電圧を生成する。第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２は、それぞれ複数の第１倍圧端Ｇ１、第２倍圧端Ｇ２を備える。第１倍圧端Ｇ１と第２倍圧端Ｇ２が同じ数で備えられる場合、アノード電圧とカソード電圧は、同じ絶対値を有し、第１倍圧端Ｇ１と第２倍圧端Ｇ２の数が異なる場合、アノード電圧とカソード電圧は、互いに異なる絶対値を有する。

第１倍電圧部Ｍ１の多数の倍圧端Ｇ１は互いに並列接続される。倍圧端Ｇ１は、図３に示すように、第１トランスフォーマーＴ１の二次側の第１電極に接続される第１キャパシタＣ１と、第１トランスフォーマーＴ１の二次側の第２電極に接続される第２キャパシタＣ２と、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２との間に配置される第１ダイオードＤ１と、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２との間に第１ダイオードＤ１とは反対方向に配置される第２ダイオードＤ２と、を含む。第１トランスフォーマーＴ１の二次側の巻線から出力される第１昇圧電圧の極性変化に応じて、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２は第１、第２キャパシタＣ１、Ｃ２のうちの互いに異なる側につながる。

第２倍電圧部Ｍ２は、並列接続される多数の第２倍圧端Ｇ２を含む。第２倍圧端Ｇ２は、図３に示すように、第１トランスフォーマーＴ１の二次側の第１電極に接続される第３キャパシタＣ３、第１トランスフォーマーＴ１の二次側の第２電極に接続される第４キャパシタＣ４、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との間に配置される第３ダイオードＤ３、及び第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との間に第３ダイオードＤ３とは反対方向に配置される第４ダイオードＤ４を含む。

再び図１に戻り、第２電圧変換部２２の第２インバータＩ２は、電源部１０から入力された直流の電源電圧を第２交流電圧に変換する。第２トランスフォーマーＴ２は、一次側に入力される第２インバータＩ２の第２交流電圧を昇圧して二次側に出力する。そして、第３倍電圧部Ｍ３は、第２トランスフォーマーＴ２の二次側の電極のうちの一つをカソード電極３０３と共通（ｃｏｍｍｏｎ）に接続し、第２トランスフォーマーＴ２の二次側に出力される昇圧電圧を倍圧してゲート電圧を生成する。すなわち、第２トランスフォーマーＴ２の二次側の電極のうちの一つがカソード電極３１と共通に接続されると、第２倍電圧部Ｍ２の基準電位は、カソード電圧と同じ（－）電位を示す。したがって、第２倍電圧部Ｍ２は、第２トランスフォーマーＴ２から出力される昇圧電圧を共通の基準電位よりも高い電圧に倍圧してカソード電圧よりも相対的に高い、負（－）の値を有するゲート電圧を生成する。第３倍電圧部Ｍ３が第２トランスフォーマーＴ２の二次側の電極のうちの一つをカソード電極３１と共通に接続することにより、第２トランスフォーマーＴ２の一次側と二次側は実質的な絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）状態となり、第１トランスフォーマーＴ１の二次側に接続された第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２と第２トランスフォーマーＴ２の二次側を含む第３倍電圧部Ｍ３は、カソード電圧を共通電位とする実質的な単一回路となる。よって、第１電圧変換部２１と第２電圧変換部２２との絶縁距離を減らすことができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。

便宜上、図１と同一の構成及び作用をする共通の構成については、同一の図面符号を付与して不要な重複説明を避ける。

図４を参照すると、本実施形態に係る駆動電圧生成部２０は、第１及び第２電圧変換部２３、２４を含む。

第１電圧変換部２３は、第１インバータＩ１、第１トランスフォーマーＴ２及び第１倍電圧部ＭＡを含む。第２電圧変換部２４は、第２インバータＩ２、第２トランスフォーマーＴ２及び第２倍電圧部ＭＢを含む。第１及び第２倍電圧部ＭＡ、ＭＢは、入力電圧をｎ倍に増幅する倍電圧回路を含むことができ、好ましくは、コッククロフトウォルトン（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ－Ｗａｌｔｏｎ）倍電圧回路であり得る。第１電圧変換部２３の第１倍電圧部ＭＡは、アノード電極３３をグランド電位とし、これを基準に、第１トランスフォーマーＴ１の二次側に出力される昇圧電圧を倍圧して、負（－）の値を有するカソード電圧を生成する。そして、第２電圧変換部２４の第２倍電圧部ＭＢは、第２トランスフォーマーＴ２の二次側の電極のうちの一つをカソード電極３１と共通に接続し、第２トランスフォーマーＴ２から出力される昇圧電圧を倍圧して、カソード電圧よりも相対的に高い負（－）の値を有するゲート電圧を生成する。

第２倍電圧部ＭＢが第２トランスフォーマーＴ２の二次側の負（－）電極とカソード電極３１とを共通（ｃｏｍｍｏｎ）に接続することにより、第２トランスフォーマーＴ２は、一次側と二次側が実質的な絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）状態となり、第１トランスフォーマーＴ１の二次側に接続された第１倍電圧部ＭＡと第２トランスフォーマーＴ２の二次側に接続された第２倍電圧部ＭＢは、カソード電圧を共通電位とする実質的な単一回路となる。よって、第１電圧変換部２３と第２電圧変換部２４との絶縁距離を減らすことができる。

また、本実施形態のように、アノード電極３３がグランド電位を示す場合、アノード電極３３は電気的に安定的な状態を示す。したがって、電子の衝突による高熱が相対的に集中するアノード電極３３に放熱フィンなどの導電性冷却システムを取り付けるのに無理がないため、システム全般を安定させることができる。第１電圧変換部２３の第１インバータＩ１と第１トランスフォーマーＴ１、第２電圧変換部２４の第２インバータＩ２と第２トランスフォーマーＴ２の機能及び作用は、先の実施形態と実質的に同じであるので、別途の説明は省略する。

図５～図８は、フィードバック回路を含む本発明の他の実施形態に係るＸ線発生装置を示す図である。

図５は、図１のＸ線発生装置に複数のフィードバック制御部をさらに含むことができる。本実施形態に係るＸ線発生装置は、電源部１０、電源部１０から印加される電源電圧をＸ線源の駆動電圧に変換する駆動電圧生成部２０、駆動電圧生成部２０の駆動電圧でＸ線を生成及び放出するＸ線源３０、及び第１及び第２フィードバック制御部Ｆ１、Ｆ２を含むことができる。

第１フィードバック制御部Ｆ１は、アノード電圧及びカソード電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算して、第１インバータＩ１が一定の周波数の出力を維持することができるように第１電圧変換部２１を制御することができる。

第１フィードバック制御部Ｆ１は、アノード電圧及びカソード電圧をそれぞれ所定の基準電圧と比較するための少なくとも１つの比較器（ＯＰ－ａｍｐ）を含むことができる。アノード電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、アノード電圧に共通に接続され得る。カソード電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、カソード電圧に共通に接続され得る。第１フィードバック制御部Ｆ１は、比較器を介してアノード電圧及びカソード電圧のそれぞれと基準電圧とを比較することにより、アノード電圧とカソード電圧のそれぞれと基準電圧との差が最小となるように、第１インバータＩ１に入力されるパルスのデューティサイクル（ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）を調節することができる。

第１倍圧端Ｇ１と第２倍圧端Ｇ２が同じ数で備えられる場合、アノード電圧とカソード電圧は、同じ絶対値を有し、このとき、第１フィードバック制御部Ｆ１にそれぞれ接続されるアノード電圧とカソード電圧の絶対値は同一であってもよい。

第１倍圧端Ｇ１と第２倍圧端Ｇ２の数が異なる場合、アノード電圧とカソード電圧は、互いに異なる絶対値を有し、このとき、第１フィードバック制御部Ｆ１にそれぞれ接続されるアノード電圧とカソード電圧の絶対値は互いに異なってもよい。

第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算することにより、第２インバータＩ２が一定の周波数の出力を維持することができるように第２電圧変換部２２を制御することができる。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器を含むことができる。ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、ゲート電圧に共通に接続されることができる。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と基準電圧との差が最小となるように、第２インバータＩ２に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

第１電圧変換部２１の第１インバータＩ１、第１トランスフォーマーＴ１、第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２、第２電圧変換部２２の第２インバータＩ２、第２トランスフォーマーＴ２、及び第３倍電圧部Ｍ３の機能及び作用は、先の実施形態と実質的に同じであるので、説明を省略する。

図６は、４つのＸ線発生装置に複数のフィードバック制御部をさらに含むことができる。本実施形態に係るＸ線発生装置は、電源部１０、電源部１０から印加される電源電圧をＸ線源の駆動電圧に変換する駆動電圧生成部２０、駆動電圧生成部２０の駆動電圧でＸ線を生成及び放出するＸ線源３０と、第１及び第２フィードバック制御部Ｆ１、Ｆ２とを含むことができる。第１及び第２フィードバック制御部Ｆ１、Ｆ２は、それぞれ比較器を含むことができる。

第１フィードバック制御部Ｆ１は、カソード電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算して、第１インバータＩ１が一定の周波数の出力を維持することができるように第１電圧変換部２３を制御することができる。第１フィードバック制御部Ｆ１は、カソード電圧と基準電圧とを比較するための比較器を含むことができる。カソード電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、カソード電圧に共通に接続され得る。第１フィードバック制御部Ｆ１は、カソード電圧と基準電圧との差が最小となるように、第１インバータＩ１に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算して、第２インバータＩ２が一定の周波数の出力を維持することができるように第２電圧変換部２３を制御することができる。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器を含むことができる。ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、ゲート電圧に共通に接続され得る。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と基準電圧との差が最小となるように、第２インバータＩ２に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

第１電圧変換部２３の第１インバータＩ１、第１トランスフォーマーＴ１、第１及び第２倍電圧部Ｍ１、Ｍ２、第２電圧変換部２４の第２インバータＩ２、第２トランスフォーマーＴ２、及び第３倍電圧部Ｍ３の機能及び作用は、先の実施形態と実質的に同じであるので、説明を省略する。

図７は、図１のＸ線発生装置に複数のフィードバック制御部とダミートランジスタとをさらに含むことができる。本実施形態に係るＸ線発生装置は、電源部１０、電源部１０から印加される電源電圧をＸ線源の駆動電圧に変換する駆動電圧生成部２０、駆動電圧生成部２０の駆動電圧でＸ線を生成及び放出するＸ線源３０、第１及び第２フィードバック制御部Ｆ１、Ｆ２、及びダミー電圧変換部２０Ｄを含むことができる。

第１フィードバック制御部Ｆ１は、アノード電圧及びカソード電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算することにより、第１インバータＩ１が一定の周波数の出力を維持することができるように第１電圧変換部２１を制御することができる。

第１フィードバック制御部Ｆ１は、アノード電圧及びカソード電圧をそれぞれ所定の基準電圧と比較するための比較器を含むことができる。アノード電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、アノード電圧に共通に接続され得る。カソード電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、カソード電圧に共通に接続され得る。第１フィードバック制御部Ｆ１は、比較器を介してアノード電圧及びカソード電圧のそれぞれと基準電圧とを比較してアノード電圧とカソード電圧のそれぞれと基準電圧との差が最小となるように、第１インバータＩ１に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

ダミー電圧変換部２０Ｄは、ダミートランスフォーマーＤＴとダミー倍電圧部ＤＭとを含むことができる。ダミートランスフォーマーＤＴ及びダミー倍電圧部ＤＭは、第２電圧変換部２２の第２トランスフォーマーＴ２及び第３倍電圧部Ｍ３と同じ回路を含むことができる。

ダミー電圧変換部２０Ｄの入力端は、第２電圧変換部２２の第２トランスフォーマーＴ２の入力端に共通に接続され得る。すなわち、ダミー電圧変換部２０Ｄは、第２電圧変換部２２の第２トランスフォーマーＴ２の一次側と共通に接続され得る。ダミー電圧変換部２０Ｄは、ダミートランスフォーマーＤＴの出力電圧をダミー倍電圧部ＤＭを介してゲート電圧と同じ電圧に生成することにより、これを第２フィードバック制御部Ｆ２の入力信号として活用することができる。

第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算して、第２インバータＩ２が一定の周波数の出力を維持することができるように第２電圧変換部２２を制御することができる。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器を含むことができる。ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、ダミー電圧変換部２０Ｄの出力端に接続され得る。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ダミー電圧変換部２０Ｄから入力された電圧、すなわちゲート電圧を基準電圧と比較して、ゲート電圧と基準電圧との差が最小となるように、第２インバータＩ２に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

図８は、図４のＸ線発生装置に複数のフィードバック回路とダミートランジスタをさらに含むことができる。本実施形態に係るＸ線発生装置は、電源部１０、電源部１０から印加される電源電圧をＸ線源の駆動電圧に変換する駆動電圧生成部２０、駆動電圧生成部２０の駆動電圧でＸ線を生成及び放出するＸ線源３０、第１及び第２フィードバック制御部Ｆ１、Ｆ２、並びにダミー電圧変換部２０Ｄを含むことができる。

第１フィードバック回路Ｆ１は、カソード電圧と共通に接続され、ダミー電圧変換部２０Ｄに接続され得る。

第１フィードバック回路Ｆ１は、カソード電圧と基準電圧とを比較し、カソード電圧と基準電圧との差が最小となるように、第１電圧変換部２３の第１インバータＩ１に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

ダミー電圧変換部２０Ｄは、ダミートランスフォーマーＤＴ及びダミー倍電圧部ＤＭを含むことができる。ダミートランスフォーマーＤＴ及びダミー倍電圧部ＤＭは、第２電圧変換部２２の第２トランスフォーマーＴ２及び第３倍電圧部Ｍ３と同じ回路を含むことができる。

ダミー電圧変換部２０Ｄの入力端は、第２電圧変換部２４の第２トランスフォーマーＴ２の入力端に共通に接続され得る。すなわち、ダミー電圧変換部２０Ｄは、第２電圧変換部２４の第２トランスフォーマーＴ２の一次側と共通に接続され得る。ダミー電圧変換部２０Ｄは、ダミートランスフォーマーＤＴの出力電圧をダミー倍電圧部ＤＭを介してゲート電圧と同じ電圧に生成することにより、これを第２フィードバック制御部Ｆ２の入力信号として活用することができる。

第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と予め設定された基準電圧との誤差を計算することにより、第２インバータＩ２が一定の周波数の出力を維持することができるように第２電圧変換部２４を制御することができる。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器を含むことができる。ゲート電圧と基準電圧とを比較するための比較器は、ダミー電圧変換部２０Ｄの出力端に接続され得る。第２フィードバック制御部Ｆ２は、ダミー電圧変換部２０Ｄから入力された電圧、すなわちゲート電圧を基準電圧と比較して、ゲート電圧と基準電圧との差が最小となるように、第２インバータＩ２に入力されるパルスのデューティサイクルを調節することができる。

以上、本発明はたとえば限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から本発明の技術的思想から逸脱することなく様々な置換、変形及び変更が可能である。

したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

Claims

カソード電極、アノード電極及びゲート電極を含み、それぞれの電極に印加される駆動電圧でＸ線を生成するＸ線源と、
第１トランスフォーマーと、前記第１トランスフォーマーから出力された第１電圧を倍圧する少なくとも１つの倍電圧部とを含む第１電圧変換部と、
第２トランスフォーマーと、前記第２トランスフォーマーから出力された第２電圧を倍圧する倍電圧部とを含む第２電圧変換部と、を含み、
前記第１電圧変換部の倍電圧部は、前記第１電圧から互いに電位差を有するカソード電圧及びアノード電圧を生成し、
前記第２電圧変換部の倍電圧部は、前記第２電圧からカソード電圧を生成するが、前記第２トランスフォーマーの二次側の電極のうちの一つを前記カソード電圧に共通に接続して前記第２トランスフォーマーの一次側と二次側を実質的に絶縁させ、
前記第１トランスフォーマーの二次側に接続された倍電圧部と前記第２トランスフォーマーに接続された倍電圧部とが、前記カソード電圧を共通電位とする実質的な単一回路を形成する、Ｘ線源発生装置。
前記ゲート電圧は負（－）の値を有する、請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第２電圧変換部は、前記電源電圧を交流電圧に変換するインバータをさらに含む、請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第２トランスフォーマーは、前記交流電圧が入力される一次側と、前記交流電圧の昇圧電圧が出力される二次側とを含み、
前記第２電圧変換部の倍電圧部は、前記カソード電圧を基準として前記昇圧電圧を正（＋）の方向に倍圧して前記ゲート電圧を生成する、請求項３に記載のＸ線発生装置。
前記アノード電圧は正（＋）の値を有する、請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第１電圧変換部は、
前記電源電圧を交流電圧に変換するインバータをさらに含み、
前記第１トランスフォーマーは、前記交流電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する、請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第１電圧変換部の倍電圧部は、
前記昇圧電圧を正（＋）の方向に倍圧して前記アノード電圧を生成する第１倍電圧部と、
前記昇圧電圧を負（－）の方向に倍圧して前記カソード電圧を生成する第２倍電圧部と、を含む
、請求項６に記載のＸ線発生装置。
前記アノード電圧はグランド電位である、請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第１電圧変換部は、
前記電源電圧を交流電圧に変換するインバータをさらに含み、
前記第１トランスフォーマーは、前記交流電圧を昇圧して昇圧電圧を出力し、
前記倍電圧部は、前記グランド電位を基準に前記昇圧電圧を負（－）の方向に倍圧して前記カソード電圧を生成する、請求項８に記載のＸ線発生装置。
前記アノード電圧又はカソード電圧と予め設定された基準電圧とを比較して前記第１電圧が一定の周波数の出力を維持することができるように前記第１電圧変換部を制御する第１フィードバック制御部と、
前記ゲート電圧と前記基準電圧とを比較して前記第２電圧が一定の周波数の出力を維持することができるように前記第２電圧変換部を制御する第２フィードバック制御部をさらに含む、請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第１フィードバック制御部は、前記アノード電圧及びカソード電圧とそれぞれ共通に接続され、前記アノード電圧及びカソード電圧のそれぞれと前記基準電圧とを比較する比較器を含む、請求項１０に記載のＸ線発生装置。
前記アノード電圧は、グランド電位であり、
前記第１フィードバック制御部は、前記カソード電圧と共通に接続され、前記カソード電圧と前記基準電圧とを比較する比較器を含む、請求項１０に記載のＸ線発生装置。
前記第２フィードバック制御部は、前記ゲート電圧と共通に接続され、前記ゲート電圧と前記基準電圧とを比較する比較器を含む、請求項１０に記載のＸ線発生装置。
前記第２電圧変換部の第２トランジスタの一次側と共通に接続され、前記ゲート電圧と同じ電圧を出力するダミー電圧変換部をさらに含む、請求項１０に記載のＸ線発生装置。
前記第２フィードバック制御部は、前記ダミー電圧変換部から出力された電圧と前記基準電圧とを比較する比較器を含む、請求項１４に記載のＸ線発生装置。
カソード電極、アノード電極及びゲート電極を含むＸ線源の駆動のために前記カソード電極に印加されるカソード電圧、前記アノード電極に印加されるアノード電圧、前記ゲート電極に印加されるゲート電圧を生成するＸ線源の駆動回路であって、
電源電圧として、前記アノード電圧と前記アノード電圧よりも小さい負（－）のカソード電圧を生成する第１電圧変換部と、
前記カソード電圧を基準に、前記電源電圧として前記カソード電圧よりも大きく、前記アノード電圧よりも小さいゲート電圧を生成する第２電圧変換部と、を含む、Ｘ線源の駆動回路。