JP2024502324A - X線源駆動回路及びこれを用いたx線発生装置 - Google Patents
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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(metal nano tip)又はカーボンナノチューブ(CNT:Carbon Nano tube)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(electric field emission)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(voltage multiplier)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。
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(duty cycle)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。
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。
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。
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 (16)
- 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。
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