JP4454079B2 - Ｘ線高電圧装置及びｘ線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線装置に関し、特に、回転陽極Ｘ線管装置の陰極と陽極間とに高電圧を供給すると共に、陽極のターゲットを回転させる回転機構に駆動電圧を供給するＸ線高電圧装置に有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線装置では、画像撮影の際には、Ｘ線管の陰極から陽極に向けて電子ビームを発射し、その電子ビームを陽極ターゲットに衝突させることによって、Ｘ線を発生させていた。陰極から発せられる電子ビームは、非常に大きなエネルギーを持っているので、電子ビームの衝突によって陽極ターゲットが焼けてしまうことを回避する為に、通常は陽極ターゲットをパンケーキ状に形成し、回転させることによって、所定時間に電子ビームが照射される面積を拡大させ、短時間に陽極ターゲットにかかる負荷を低減させていた。
【０００３】
陽極ターゲットを回転させる陽極回転機構は、Ｘ線管内に配置された陽極を備えた回転子と、Ｘ線管外に配置された固定子コイルとで構成されていた。この構成は、一般的な誘導モータと同様の構造であり、Ｘ線管外に配置された固定子コイルに陽極駆動回路から駆動電力を供給することで、ギャップを隔てた回転子との間に回転磁界を生じさせ、この回転磁界によって回転子を配した陽極を回転させていた。
【０００４】
陽極駆動回路は、陽極回転機構に電圧を供給し、陽極回転を駆動、制御するための装置であり、一般に、３つの動作モードで陽極の回転を制御していた。第一の起動モードでは、高交流電圧（例：４７０ボルト程度）を駆動電力として、第二の定常モードでは、低交流電圧（例：２００ボルト程度）を駆動電力として、第三の制動モードでは、直流電圧（例：１２０ボルト程度）を駆動電力としてそれぞれ陽極回転機構に供給していた。起動モードの動作時間は、陽極が所定の回転数に達するまでの時間であり、通常は、予め測定した時間に基づいて曝射待機時間として高電圧発生装置に設定されており、この高電圧発生回路からの切り換え信号に基づいて陽極駆動回路が高交流電圧の出力を行っていた。また、起動モード時には４７０ボルトの交流電圧を出力することから、陽極回転機構が３相フルブリッジ構成の場合には、陽極駆動回路への入力電圧としては１０００ボルト程度の直流電圧が必要であった。
【０００５】
一方、高電圧発生装置は、Ｘ線管を駆動するために陽極及び陰極間に所定電圧・電流のＸ線管駆動電力を供給すると共に、陽極駆動回路の動作モード（起動モード、定常モード及び制動モード）を切り換えるための制御信号を出力する。例えば、撮影開始時には、高電圧発生装置は、陽極駆動回路に起動モードに制御する制御信号を出力する。予め設定された曝射待機時間の経過後に、高電圧発生装置は、陽極駆動回路を定常モードに制御する制御信号を出力すると共に、Ｘ線管に高電圧を出力しＸ線の曝射を開始させていた。このように制御することによって、陽極が所定の回転数に達した状態でＸ線の曝射を行っていた。この高電圧出力時には、高電圧発生装置は入力電圧として、６５０ボルト程度の直流電圧が必要であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。
従来のＸ線装置では、前述したように、Ｘ線管からのＸ線曝射を制御する高電圧発生装置と、Ｘ線管の陽極の回転を制御する陽極駆動回路とでは、それぞれ入力電圧として必要とする直流電圧が大きく異なっていたので、それぞれに専用の直流電圧発生器が設けられていた。高電圧の直流電流を生成する直流電圧発生器は、他の制御装置に比較して大型の電力素子を使用しているので、１台の直流電圧発生器の装置容積及び重量が大きいので、従来のＸ線装置では、装置の大型化を招いてしまうという問題があった。
さらには、それぞれの直流電圧発生器では、商用電源から直流電圧を生成する際に電力損失が発生しているので、直流電圧発生器を２台使用するとその損失量も大きなものであった。
【０００７】
以上の問題を解決する方法として、例えば、特開平１−９３０９６号公報（以下、「文献１」と記す）に記載の「Ｘ線診断装置」があった。文献１に記載のＸ線診断装置では、例えば、Ｘ線管スタータ用のインバータ回路（駆動回路）、加熱回路用のインバータ回路、及び透視撮影台起倒用電動機用のインバータ回路の直流電源となる直流電圧発生器を、Ｘ線電源用のインバータ回路である高電圧発生装置の直流高圧発生器から供給するというものであった。
【０００８】
しかしながら、文献１に記載のＸ線診断装置では、高電圧発生装置用の直流高圧発生器から供給された直流電力をそのままの電圧レベルで他のインバータの電源として使用する構成となっているので、起動モード時に高電圧発生装置よりも高い入力電圧（１０００ボルト程度）を必要とする陽極駆動回路用の直流高圧発生器の入力電圧を確保できないという問題があった。
【０００９】
この問題を解決する方法として、最も出力電圧レベルの大きい陽極駆動回路用の直流高圧発生器から、他のインバータ回路に電力を供給する方法が考えられる。すなわち、１０００ボルトの出力電圧を有する陽極駆動回路用の直流電圧発生器を、Ｘ線管駆動電力を供給する高電圧発生装置と共用する方法である。この場合、直流電圧発生器には、陽極駆動回路用の直流電圧発生器が必要とする１０００ボルトの電圧の供給能力と、高電圧発生装置が必要とする十分な電流の供給能力とが必要とされる。
【００１０】
一方、陽極駆動回路は、前述したように、起動モード時には１０００ボルトの直流電圧を必要とするが、他の定常モード時及び制動モード時には６５０ボルト程度で十分であった。陽極駆動回路が起動モード時には高電圧発生回路はＸ線曝射の待機状態にあるために電力の消費は発生しない。陽極駆動回路が定常モード時には、陽極の回転が定常回転数に達しているので、陽極駆動回路は６５０ボルト程度の入力電圧で十分であった。このようなことから、Ｘ線撮影の一連動作を通して直流電圧発生器が１０００Ｖもの大電圧を出力していては、陽極回転の定常、制動モード時で無駄な電力損失が生じてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、直流電圧発生器を共用することが可能なＸ線高電圧装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、Ｘ線高電圧装置における電力損失を低減させることが可能な技術を提供することにある。
本発明のその他の目的は、直流電圧発生装置を小型化することが可能な技術を提供することにある。
本発明のその他の目的は、より高速に撮影系を回転移動させることが可能な技術を提供することにある。
本発明のその他の目的は、診断効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００１３】
（１）交流電圧から直流電圧を生成する直流電圧発生手段と、該直流電圧発生手段によって生成された直流電圧を交流電圧に変換する交流電圧発生手段と、該発生された交流電圧をＸ線管の一対の電極に供給する高電圧を発生する高電圧発生手段と、前記直流電圧から交流電圧に変換された電圧を前記Ｘ線管の陽極電極を回転させる回転機構に供給する陽極駆動手段とを備えたＸ線高電圧装置において、前記直流電圧発生手段は前記陽極駆動手段の動作モードに応じて出力電圧レベルを切り換える出力電圧レベル切換手段を備えた。
【００１４】
（２）前述した（１）に記載のＸ線高電圧装置において、前記高電圧発生手段は前記陽極駆動手段の動作モードを制御する制御信号を生成する手段を備えた。
【００１５】
（３）前述した（１）もしくは（２）に記載のＸ線高電圧装置において、前記直流電圧発生手段は前記陽極電極の回転起動時にはＸ線ビームの照射時よりも高い出力電圧レベルの直流電圧を生成する。
【００１６】
（４）前述した（１）に記載のＸ線高電圧装置と、このＸ線高電圧装置によって電源供給されるＸ線管と、被検体を介して前記Ｘ線管と対向配置され前記被検体を透過したＸ線ビームから前記被検体のＸ線像を撮像する撮像手段と、該撮像手段を前記被検体の周囲に回転あるいは移動させる回転移動手段とを備えたＸ線装置である。
【００１７】
（５）前述した（４）に記載のＸ線装置において、前記撮影系を被検体の周囲に回転させて撮像したＸ線像から前記被検体の断層像又は／及び３次元像を再構成する再構成手段を備えた。
【００１８】
前述した（１）〜（３）の手段によれば、直流電圧発生手段が陽極駆動手段の動作モードに応じた電圧レベルの直流電圧を供給する構成となっているので、例えば、Ｘ線管の一対の電極間に印加する電圧を高くしてＸ線管から高エネルギーのＸ線ビームを被検体に照射し、解像度の高いＸ線像を得る場合のように、陽極電極を所望の時間内に高速回転させるために陽極駆動手段に高い直流電圧の供給が必要となった場合であっても、Ｘ線管の起動時となる陽極電極が所望の回転数に達するまでの期間内にのみ陽極電極の駆動に必要な直流電圧を供給する構成となっているので、直流電圧発生手段を共用することができる。従って、直流電圧発生装置を小型化することができる。
【００１９】
また、直流電圧発生手段は陽極電極が所望の回転数に達した後は、陽極電極の回転数を維持するために必要な電圧レベルと、高電圧発生手段がＸ線管の電極に印加するための交流電圧を生成するために必要となる電圧レベルとの何れか高い方の電圧を出力電圧レベルとして出力する構成となっているので、Ｘ線高電圧装置における電力損失を低減させることができる。
【００２０】
前述した（４）もしくは（５）の手段によれば、交流電圧を変換し出力する直流電圧の電圧レベルを陽極駆動手段の動作モードに応じて切り換える直流電圧発生手段と、該直流電圧から交流電圧を生成し該交流電圧をＸ線管に供給する高電圧発生手段と、前記直流電圧から交流電圧を生成し前記Ｘ線管の回転機構に供給する陽極駆動手段とを、回転移動手段に搭載することによって、撮影系を被検体の周囲に回転あるいは移動させる速度を向上させることが可能となるので、Ｘ線像の撮像時間を短縮することができる。その結果、診断効率を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
《全体構成》
図１は本発明の一実施の形態のＸ線装置であるＸ線ＣＴ装置に使用されるＸ線高電圧装置の概略構成を説明するための図であり、１は商用交流電源、５は高力率昇圧型コンバータ（直流電圧発生手段）、１０は高電圧発生装置（高電圧発生手段）、１１は陽極駆動回路（電極駆動手段）、２０はＸ線管装置、２１は固定子コイル２１、２２はＸ線管を示す。
図１において、本実施の形態のＸ線高電圧装置では、例えば、３相２００ボルトの商用交流電源１を電力源としており、この商用交流電源１から供給された電力は高力率昇圧型コンバータ５に供給される。
【００２３】
高力率昇圧型コンバータ５は、３相交流を直流に変換しその変換出力を高電圧発生回路１０及び陽極駆動回路１１に供給する手段であり、特に、２００ボルトの入力電圧を、高電圧発生回路１０が必要とする６５０ボルトあるいは陽極駆動回路１１が必要とする１０００ボルトに昇圧した後に、この昇圧電力を供給する構成となっている。
【００２４】
本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ５には、高電圧発生装置１０から出力された出力制御信号が入力されており、この出力制御信号に基づいて当該高力率昇圧型コンバータ５は高電圧発生装置１０及び陽極駆動回路１１に供給する直流電圧を変動させる。なお、高力率昇圧型コンバータ５の詳細構成及び動作については、後述する。
【００２５】
高電圧発生装置１０は、Ｘ線管２２の陽極と陰極間にＸ線の発生に必要となるＸ線管駆動電力を生成し出力する周知の駆動電力生成部と、高力率昇圧型コンバータ５及び陽極駆動回路１１に出力する出力制御信号を生成する第１の制御部と、回転陽極の回転（駆動）及び停止を制御するための回転駆動信号を生成する周知の第２の制御部とから構成される。第１の制御部は、例えば、第２の制御部から出力に基づいて、回転陽極の起動、定常あるいは制動の各動作モードに対応した制御信号を生成し出力する手段であり、第２の制御部の出力変化を検出する周知の検出手段と、検出出力からの経過時間を計測する周知のタイマーと、このタイマーでの計数値を設定する周知のメモリ手段とから構成される。本実施の形態の第１の制御手段は、例えば、第２の制御手段から出力される回転陽極の“駆動”を示す回転駆動信号の出力開始からの経過時間に基づいて、回転陽極の起動モードに対応する出力制御信号、あるいは定常モードに対応する出力制御信号を出力する。また、第１の制御手段は、第２の制御手段から出力される回転陽極の“停止”を示す回転駆動信号の出力開始に基づいて、制動モードに対応する出力制御信号を出力する。なお、駆動電力生成部及び第２の制御部の構成は、従来と同様となるので、詳細な構成の説明は省略する。
【００２６】
陽極駆動回路１１は、回転駆動信号及び出力制御信号に基づいて、高力率昇圧型コンバータ５から供給された直流電圧を所定電圧の交流電圧あるいは直流電圧に変換し、この交流電力（もしくは直流電力）を回転陽極の駆動電力として固定子コイル２１に供給する周知の陽極駆動回路であり、本実施の形態のＸ線装置では、高電圧発生装置１０とコンバータを共用する構成となっている。
【００２７】
Ｘ線管装置２０は周知のＸ線管装置であり、陽極と陰極間に印加された電圧に応じたＸ線種のＸ線ビームを発生するＸ線管２２と、図示しない陽極のターゲットを回転させる３相構成の固定子コイル２１とからなる。
【００２８】
図２は本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ出力の一例であり、以下、図２に基づいて、本実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線高電圧装置の動作を説明する。
ただし、以下の説明では、回転陽極の回転起動時である起動モード時に、回転陽極が定常モードよりも大きな入力電圧を必要とするＸ線撮影が行われる場合について説明する。このようなＸ線撮影としては、例えば、解像度の高い断層像を得る必要がある場合のように、陽極と陰極間に印加する電圧を高くし、Ｘ線管２２から高エネルギーのＸ線ビームを図示しない被検体に照射する場合である。この場合には、回転陽極の回転速度を大きくする必要が生じるので、回転陽極を所望の時間内に高速回転させるために、起動時に固定子コイル２１に印加する電圧を大きくする必要がある。このように、陽極を８０００ｒｐｍ程度に高速回転させたスキャン（Ｘ線撮影）を行わなければならない条件としては、Ｘ線管装置２０の種別にもよるが、例えば、（１）焦点面積が０．７ｍｍ×０．８ｍｍ、管電圧が１４０ｋＶ、管電流が１５０ｍＡ、スキャン時間が１．０〜４．５秒、（２）焦点面積が１．２ｍｍ×１．４ｍｍ、管電圧が１４０ｋＶ、管電流が３００ｍＡ、スキャン時間が１．０〜４．５秒、（３）焦点面積が０．７ｍｍ×０．８ｍｍ、管電圧が１４０ｋＶ、管電流が１５０ｍＡ、スキャン時間が２．５〜８．３秒等の計測条件がある。
【００２９】
まず、図示しない操作卓から計測開始が指示されると、Ｘ線ＣＴ装置の図示しない制御部から高電圧発生装置１０にＸ線ビームの照射が指示される。このＸ線ビームの照射指示は、高電圧発生装置１０の第１及び第２の制御手段に入力される。ここで、第２の制御手段は、第１の制御手段及び陽極駆動回路１１に“駆動”を示す回転駆動信号を出力する。第１の制御手段は、“駆動”を示す回転駆動信号に基づいて、高力率昇圧型コンバータ５に“起動モード”を示す出力制御信号を出力する。
【００３０】
“起動モード”を示す出力制御信号が入力された高力率昇圧型コンバータ５は、起動モード時に陽極駆動回路１１が必要とする入力電圧である１０００ボルトの直流電力を出力する。従って、高力率昇圧型コンバータ５から出力された直流電力は、高電圧発生装置１０及び陽極駆動回路１１に供給される。
【００３１】
陽極駆動回路１１は、高電圧発生装置１０からの“起動モード”を示す出力制御信号に基づいて、高力率昇圧型コンバータ５から供給される１０００ボルトの直流電圧を４７０ボルトの３相交流電圧に変換し、固定子コイル２１に供給することによって、回転陽極を起動させる。このとき、Ｘ線管２２からのＸ線ビームの照射は行わないので、高電圧発生装置１０からの駆動電圧出力は行われない。従って、高力率昇圧型コンバータ５から出力された駆動電力は陽極駆動回路１１でのみ使用されることとなるので、高力率昇圧型コンバータ５は出力電圧を１０００ボルトの直流電圧に変換しても十分な電力容量を確保することができる。
【００３２】
回転陽極の起動に要する時間が経過し高電圧発生装置１０の第１の制御手段から出力される出力制御信号が“定常モード”を示す信号に切り換わると、高力率昇圧型コンバータ５は、定常モード時の陽極駆動回路及び高圧発生装置１０が必要とする入力電圧である６５０ボルトを出力電圧として出力する。
【００３３】
ここで、高電圧発生装置１０は入力された６５０ボルトの直流電圧をＸ線管２２を駆動するための駆動電圧に変換し、陽極と陰極間に印加することによってＸ線ビームが発生され、図示しない被検体にＸ線ビームが照射される。ただし、高電圧発生装置１０から出力される駆動電圧は、前述する（１）〜（３）に示すように、計測開始前に入力された計測条件に基づいた電圧である。また、陽極駆動回路１１は、“定常モード”を示す出力制御信号に基づいて、入力された６５０ボルトの直流電圧を２００ボルトの３相交流電圧に変換し、固定子コイル２１に供給することによって、回転陽極の回転速度を所望の回転速度で回転動作させる。本実施の形態のＸ線装置では、出力制御信号が“定常モード”を示す信号である期間に、本実施の形態のＸ線装置によるＸ線像の撮像がなされる。
【００３４】
Ｘ線像の撮像が終了すると、Ｘ線ＣＴ装置の図示しない制御部から高電圧発生装置１０にＸ線ビームの停止が指示される。このＸ線ビームの停止指示は、高電圧発生装置１０の第１及び第２の制御手段に入力される。ここで、第２の制御手段は、第１の制御手段及び陽極駆動回路１１に“停止”を示す回転駆動信号を出力する。第１の制御手段は、“停止”を示す回転駆動信号に基づいて、高力率昇圧型コンバータ５に“制動モード”を示す出力制御信号を出力する。このときの高力率昇圧型コンバータ５の出力は、定常モード時と同じ６５０ボルトの直流電力である。
【００３５】
陽極駆動回路１１は、“制動モード”を示す出力制御信号に基づいて、入力された６５０ボルトの直流電圧を１２０ボルトの直流電圧に変換し、固定子コイル２１に供給することによって、回転陽極の回転を減速させる。一方、高電圧発生装置１０は、制御部から入力されたＸ線ビームの停止指示に基づいて、出力電圧を０（ゼロ）ボルトとし、Ｘ線管２２からのＸ線ビームの照射を停止させる。
【００３６】
このように、本実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線高電圧装置は、高電圧発生装置１０と陽極駆動回路１１とが共に出力を行う期間では、必要とされる入力電圧レベルの大きい側の電圧レベルを高力率昇圧型コンバータ５の出力電圧レベルとし、一方、高電圧発生装置１０もしくは陽極駆動回路１１の何れかが出力を行う期間では、駆動電力の出力を行う側が必要とする入力電圧レベルを高力率昇圧型コンバータ５の出力電圧レベルとして供給することによって、Ｘ線高電圧装置における電力損失を低減させることができる。
【００３７】
図３は、本実施の形態のＸ線装置であるＸ線ＣＴ装置の概略構成を説明するための図である。
図３から明らかなように、本実施の形態のＸ線ＣＴ装置は、計測条件（撮影条件）や計測の開始指示等の入力装置となる操作卓３０１を備えており、該操作卓３０１から入力された計測条件等は、撮影制御手段３０２、回転板回転手段３０３及び画像収集処理手段３０５に出力される。撮影制御手段３０２は、入力された計測条件に基づいて、Ｘ線管２２に印加する電圧値（管電圧）及び電流値（管電流）等のＸ線発生とＸ線検出器３０８の撮影動作とを制御する撮影シーケンスを規定する。撮影制御手段３０２は、規定した撮影シーケンスに基づいて、ガントリ３０７の内部に配置された高電圧発生装置１０に所望の管電圧値及び管電流値を出力し、Ｘ線ビームの照射を制御する。また、撮影制御手段３０２は操作卓３０１から入力された計測開始指示を高電圧発生手段１０に出力する。
【００３８】
このとき、回転板回転手段３０３は、入力された計測条件に基づいて、Ｘ線管装置２０とＸ線検出器３０８等からなる撮影系が配置される図示しない回転板の回転シーケンスを制御し、天板３０９に設定された被検体３１０の周囲に撮影系を回転させることによって、所望の回転角毎のＸ線撮影を行う。この回転板には、予め設定された基準位置からの回転角を計測する回転角計測手段３０４が配置されいる。
【００３９】
画像収集処理手段３０５は、所望の回転角毎に撮影されたＸ線像と撮影時の回転角とを収集し、収集したＸ線像から被検体３１０のＣＴ像を再構成し、表示手段３０６の表示面上にＣＴ像を表示させる。
【００４０】
このとき、本実施の形態のＸ線ＣＴ装置では、高力率昇圧型コンバータ５を高電圧発生装置１０と陽極駆動回路１１とで共用する構成となっているので、Ｘ線高電圧装置を小型化することが可能となる。従って、図４の（ａ）に示すように、Ｘ線管２２及びＸ線検出器３０８が搭載される回転板４０１に、高電圧発生装置１０及び陽極駆動回路１１並びに高力率昇圧型コンバータ５を搭載することが可能となる。このときの回転板４０１及びガントリ３０７の大きさは、図４の（ａ）及び図４の（ｂ）から明らかなように、従来のＸ線ＣＴ装置と同様の大きさとなる。
【００４１】
《高力率昇圧型コンバータの詳細動作》
図５は本実施の形態の高力率昇圧型コンバータの概略構成を説明するための図であり、５０ａ〜５０ｃはリアクトル、５１ａ〜５１ｆは半導体スイッチング素子、５２ａ，５２ｂはコンデンサ、５５は制御回路、５６はシーケンサ、６０ａ〜６０ｃは入力端子、７０は交流直流変換器を示す。
【００４２】
本実施の形態の高力率昇圧型コンバータは、３相の商用電源から供給される電力を直流に変換する交流直流変換器７０と、この交流直流変換器７０の出力を制御する制御回路５５と、交流直流変換器７０の出力に接続されており交流直流変換器７０の出力電圧を平滑化するための直列接続されたコンデンサ５２ａ，５２ｂと、平滑後の直流電圧を検出する図示しない電圧検出器と、この電圧検出器の出力及び高電圧発生器１０からの起動／定常／制動を示す切り換え信号に基づいて制御回路５５の動作を制御するシーケンサ５６とから構成される。
【００４３】
交流直流変換器７０では、３相交流のそれぞれに接続される交流入力端子６０ａ〜６０ｃには、それぞれリアクトル５０ａ〜５０ｃが接続される。このリアクトル５０ａ〜５０ｃには、フルブリッジのフライホイールダイオードがそれぞれ接続されており、交流電圧を直流電圧に整流させる構成となっている。各フライホイールダイオードにはそれぞれＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）からなる半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆが並列に接続されている。このような構成とすることによって、ダイオードとスイッチング素子とを組み合わせ、何れかの半導体スイッチング素子をオンした場合にはその半導体スイッチング素子を介して一方向に電流が流れ、半導体スイッチング素子をオフした場合にはその半導体スイッチング素子に並列に接続されるダイオードを介して他方向に電流が流れる。従って、本実施の形態では、各半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのベース端子に制御回路５５をそれぞれ接続し、制御回路５５が各半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのオン／オフを制御することによって交流直流変換器７０の出力電圧を変化させる構成としている。
【００４４】
次に、図６に本実施の形態の交流直流変換器を３相商用交流電源に接続した場合の接続図を示し、以下、図６に基づいて本実施の形態の交流直流変換器７０による出力電圧の制御について説明する。ただし、図６では、便宜上、出力電圧は２つの直流電圧源ｖｄｃ／２で表現する。また、以下の説明では、図５における入力端子６０ａ〜６０ｃは、それぞれの入力端子に印加される交流電圧を示すものとする。
【００４５】
半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆが形成する各アームの中点電位６１ａ〜６１ｃは、スイッチングの度にｖｄｃ／２と−ｖｄｃ／２とに切り変わるが、各入力端子６０ａ〜６０ｃでの入力電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、リアクトルによって平滑化されるので平均の電位差を制御すればよい。従って、以降では、スイッチング周期内において、ｖｕの平均電位をｖｎａのようにサフィックスのａを付けて示す。
【００４６】
以下の説明では、入力電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗが制御可能であると、出力側への電力供給による出力電圧ｖｄｃの昇圧、電源側への電力回生による出力電圧ｖｄｃの降圧等、出力電圧が制御可能なことを説明する。
【００４７】
まず、入力電流の制御について説明する。
半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのスイッチング状態を−１〜＋１で表現する各アームのスイッチング変数をαｕ，αｖ，αｗとする。このスイッチング変数は、各アームにおいて、上側の半導体スイッチング素子５１ａ，５１ｃ，５１ｅがスイッチング周期内で常にオンしているときには＋１、上下同じ時間ずつオンしているときには０（ゼロ）、下側の半導体スイッチング素子５１ｂ，５１ｄ，５１ｆが常にオンしているとき−１となる。このとき、スイッチング周期内のｖｕａ，ｖｖａ，ｖｗａは、次のように表わせる。但し、コンデンサ５２ａ，５２ｂの中点の電位は０（ゼロ）としている。
【００４８】
ｖｕａ＝αｕ・ｖｄｃ／２ …（１）
ｖｖａ＝αｖ・ｖｄｃ／２ …（２）
ｖｗａ＝αｗ・ｖｄｃ／２ …（３）
（１）〜（３）式より、下記の（４）式となる。
ｖｕａ＋ｖｖａ＋ｖｗａ＝（αｕ＋αｖ＋αｗ）ｖｄｃ／２ …（４）
ところで、リアクトル５０ａ〜５０ｃのインダクタンスをＬとすると、下記の（５）〜（７）式が成り立つ。
ｖｕ＝ｅｕ＋Ｌ・ｄｉｕ／ｄｔ …（５）
ｖｖ＝ｅｖ＋Ｌ・ｄｉｖ／ｄｔ …（６）
ｖｗ＝ｅｗ＋Ｌ・ｄｉｗ／ｄｔ …（７）
（５）〜（７）式より、下記の（８）式となる。
ｖｕ＋ｖｖ＋ｖｗ＝（ｅｕ＋ｅｖ＋ｅｗ）＋Ｌ（ｄｉｕ／ｄｔ＋ｄｉｖ／ｄｔ＋ｄｉｗ／ｄｔ） …（８）
ここで、３相電源は下記の（９）、（１０）式が成り立つ。
ｅｕ＋ｅｖ＋ｅｗ＝０ …（９）
ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０ …（１０）
この（９），（１０）式より、（８）式は次の（１１）式で示せる。
ｖｕ＋ｖｖ＋ｖｗ＝０ …（１１）
この（１１）式より、ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが０なら平均電位ｖｕａ，ｖｖａ，ｖｗａも０となり、（４）式から次式が得られる。
αｕ＋αｖ＋αｗ＝０ …（１２）
従って、平滑コンデンサ５２ａ， ５２ｂの中点電位が０のとき、（１２）式で得られた条件の下にスイッチング変数αｕ，αｖ，αｗを−１〜＋１の範囲で変化させると、（１）〜（３）式によってｖｕａ，ｖｖａ，ｖｗａを−ｖｄｃ／２〜ｖｄｃ／２の範囲に制御できることになる。
【００４９】
また、（５）〜（７）式を変形し、（１）〜（３）式を考慮すると、下記の（１３）〜（１５）式となる。
ｉｕ＝（１／Ｌｕ）∫（αｕ・ｖｄｃ／２−ｅｕ）ｄｔ …（１３）
ｉｖ＝（１／Ｌｖ）∫（αｖ・ｖｄｃ／２−ｅｖ）ｄｔ …（１４）
ｉｗ＝（１／Ｌｗ）∫（αｗ・ｖｄｃ／２−ｅｗ）ｄｔ …（１５）
従って、入力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、スイッチング変数αｕ，αｖ，αｗの関数形をとっているので、任意のスイッチング変数αｕ，αｖ，αｗで入力電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの制御が可能である。すなわち、平均入力電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗの位相を任意に決定できることから、力率＝１を実現することができる。また、平均入力電流ｉａｕ，ｉａｖ，ｉａｗの方向も任意に決定でき、電力の供給、回生が可能である。
【００５０】
次に、図７に高力率昇圧型コンバータの入力電圧がｅｕ＞ｅｖ＞ｅｗのときにおける交流直流変換器の半導体スイッチング素子のスイッチング状態による電流の流れを説明するための図を示し、以下、図７に基づいて、本実施の形態の高力率昇圧型コンバータの出力電圧制御について説明する。ただし、前述した入力電流制御の説明では、電流及び電圧等について平均値でマクロ的に説明したが、以下の説明では、瞬時値についてミクロ的に説明する。
【００５１】
まず、図７（ａ）に示すように、入力端子６０ｃとなるＷ相に接続されたＩＧＢＴ５１ｅがオンとなった場合について説明する。この場合、入力端子６０ａと入力端子６０ｃとの間の電位差ｅｕ＞ｅｖは正となるので、入力端子６０ａとなるＵ相に接続されるリアクトル５０ａ、ＩＧＢＴ５１ａに並列接続されたダイオード、ＩＧＢＴ５１ｅ及びＷ相リアクトル５０ｃを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ａ，５０ｃにエネルギーが蓄えられる。同様に、入力端子６０ｂ，６０ｃ間の正の電位差ｅｖ＞ｅｗによって、Ｖ相リアクトル５０ｂ、ＩＧＢＴ５１ｃに並列接続されたダイオード、ＩＧＢＴ５１ｅ、Ｗ相リアクトル５０ｃを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ｂ，５０ｃにエネルギーが蓄えられる。この後、ＩＧＢＴ５１ｅをオフすることにより、各リアクトル５０ａ〜５０ｃに蓄えられていたエネルギーはＩＧＢＴ５１ａ，５１ｃに並列接続されたダイオード、コンデンサ５２及びＩＧＢＴ５１ｆに接続されたダイオードを介して放出され、コンデンサ５２に電圧エネルギーとして充電される。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示すように、Ｗ相に接続されたＩＧＢＴ５１ｂがオンとなった場合には、入力端子６０ａ，６０ｃ間の電位差ｅｕ＞ｅｗは正であるから、Ｕ相リアクトル５０ａ、ＩＧＢＴ５１ｂ、ＩＧＢＴ５１ｆに並列接続されたダイオード及びＷ相アクトル５０ｃを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ａ，５０ｃにエネルギーが蓄えられる。また、入力端子６０ａ，６０ｂ間の正の電位差ｅｕ＞ｅｖによって、Ｕ相リアクトル５０ａ、ＩＧＢＴ５１ｂ、ＩＧＢＴ５１ｄに並列接続されたダイオード及びＶ相リアクトル５０ｂを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ａ，５０ｂにエネルギーが蓄えられる。この後、ＩＧＢＴ５１ｂをオフすることにより、各リアクトル５０ａ〜５０ｃに蓄えられていたエネルギーは、図７（ａ）の場合と同様に、コンデンサ５２に電圧エネルギーとして充電される。
【００５３】
図７（ｃ）に示すように、Ｖ相に接続されたＩＧＢＴ５１ｃがオンとなった場合には、入力端子６０ａ，６０ｂ間の電位差ｅｕ＞ｅｗは正であるから、Ｕ相リアクトル６０ａ、ＩＧＢＴ５０ａに並列接続されたダイオード、ＩＧＢＴ５１ｃ及びＶ相リアクトル５０ｂを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ａ，５０ｂにエネルギーが蓄えられる。この後、ＩＧＢＴ５１ｃをオフすることにより、各リアクトル５０ａ，５０ｂに蓄えられていたエネルギーは、ＩＧＢＴ５１ａに並列接続されたダイオード、平滑コンデンサ５２及びＩＧＢＴ５１ｄに並列接続されたダイオードを介して放出され、コンデンサ５２に電圧エネルギーとして充電される。
【００５４】
図７（ｄ）に示すように、Ｗ相に接続されたＩＧＢＴ５１ｄがオンされた場合には、端子６０ｂ，６０ｃ間の正の電位差ｅｖ＞ｅｗにより、Ｖ相リアクトル５０ｂ、ＩＧＢＴ５１ｄ、ＩＧＢＴ５１ｆに並列接続されたダイオード及びＷ相リアクトル５０ｃを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ｂ，５０ｃにエネルギーが蓄えられる。この後、ＩＧＢＴ５１ｃをオフすることにより、各リアクトル５０ｂ，５０ｃに蓄えられていたエネルギーは、ＩＧＢＴ５１ｃに並列接続されたダイオード、平滑コンデンサ５２、及びＩＧＢＴ５１ｆに並列接続されたダイオードを介して放出され、コンデンサ５２に電圧エネルギーとして充電される。
【００５５】
このように、入力電圧がｅｕ＞ｅｖ＞ｅｗの関係である時間内に、各ＩＧＢＴ５１ａ〜５１ｆをそれぞれオン／オフ制御することによって、コンデンサ５２には各相間の電位差によって蓄えられるエネルギーに加え、リアクトルに蓄えられたエネルギーが充電される。このことは、各入力電圧がｅｕ＞ｅｖ＞ｅｗの関係でない場合にもスイッチングによるエネルギー充電の理論は成り立つことが知られている。
【００５６】
従って、本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ５は、各ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのオン／オフを制御することによって、コンデンサ５２に所望の電気エネルギーを充電することができる。また、半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのオン／オフを制御することによって、電力の回生も可能であり、これにより力率を可変させることができる。その結果、本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ５は、陽極回転の駆動モード中に１０００ＶＤＣを出力し、その後定常モード制動モードでは６５０ＶＤＣを出力するシーケンスで動作させることができる。
【００５７】
以上の説明において、陽極回転機構への供給電圧を起動モードで４７０ＶＡＣ、定常モードで２００ＶＡＣ、制動モードで１２０ＶＤＣとしているのは一例であり、これらの値はＸ線管の種類によって異なり、また制御方法によりモード中一定値とは限らないことはいうまでもない。
【００５８】
また、本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ５の出力電圧を１０００ＶＤＣ、６５０ＶＤＣとしているのも一例であり、これに限定されないことはいうまでもない。陽極駆動回路１１と高電圧発生装置１０とへの直流電圧供給源として高力率昇圧型コンバータ５を用いる構成としたが、陽極駆動回路１１と高電圧発生装置１０との動作に要する直流電圧が供給できる直流電圧発生器であればこれに限定されないことはいうまでもない。
【００５９】
また、高力率昇圧型コンバータ５の出力は、陽極回転の定常モード時と制動モード時とで等しい電圧値としているが、異なっていてもよいことはいうまでもない。特に、制動時には、Ｘ線曝射も終了しているので高電圧発生装置１０が動作する必要がない。従って、陽極駆動装置１１が制動電圧を出力するに足る入力電圧が与えられていればよい。
【００６０】
さらには、半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆにはＩＧＢＴの他に、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ（モストランジスタ）等のスイッチング素子を用いることもできる。
【００６１】
《高力率昇圧型コンバータの他の出力例》
図８〜１２は本実施の形態の高力率昇圧型コンバータの他の制御出力を説明するための図であり、以下、図８〜図１２に基づいて、高力率昇圧型コンバータの他の制御出力について説明する。ただし、以下の説明では、Ｘ線管２２からＸ線ビームを照射する定常モード時に、高電圧発生装置１０が必要とする電力は６５０ボルトの直流電力である場合について説明する。また、このときに陽極駆動回路１１が必要とする電力も６５０ボルトの直流電力である。従って、起動，定常，制動，連続回転の各モードにおける必要電圧は、それぞれ１０００ボルト，６５０ボルト，０ボルト，３００ボルトに限定されるものではないことはいうまでもない。
【００６２】
図８に示す高力率昇圧型コンバータ５の出力（以下、「コンバータ出力」と略記する）は、従来の高力率昇圧型コンバータと同様の出力を行う場合であり、解像度が高くなくてもよいプリスキャン等の断層像を撮影する場合に適する。
このときの計測条件は、例えば、（１）焦点面積が０．７ｍｍ×０．８ｍｍ、管電圧が１４０ｋＶ、管電流が１００ｍＡ、スキャン時間が１．０〜４．５秒、（２）焦点面積が１．２ｍｍ×１．４ｍｍ、管電圧が１４０ｋＶ、管電流が２２５ｍＡ、スキャン時間が１．０〜４．５秒、（３）焦点面積が０．７ｍｍ×０．８ｍｍ、管電圧が１４０ｋＶ、管電流が１００ｍＡ、スキャン時間が２．５〜８．３秒等がある。このような計測条件では、管電流と管電圧とが大きくなく陰極から回転陽極のターゲットに照射される電子ビームのエネルギーが小さい、あるいは回転陽極のターゲットに衝突する電子ビームの焦点面積が大きい、もしくは撮像に要する時間すなわちＸ線ビームの照射時間が短い等のように、陽極にかかる負担が比較的に小さいので、回転陽極を３０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させれば十分となる。
従って、このような場合には、陽極駆動回路１１は起動モード時であっても固定子コイル２１に供給する駆動電圧は低い電圧で十分となるので、陽極駆動回路１１が必要とする電圧は、定常モード及び制動モード時と同じ電圧で十分である。従って、図８に示すように、高力率昇圧型コンバータ５の出力電圧は、起動モード、定常モード及び制動モード時においても６５０ボルトで十分となる。なお、高力率昇圧型コンバータ５の６５０ボルト出力時の動作は、前述した図２における定常モード及び制動モード時と同じ動作となるので、その説明は省略する。
【００６３】
図９に示すコンバータ出力は、金属軸受け式の陽極回転機構を有するＸ線装置２０を用いて、解像度の高い断層像を撮像する場合に適する。
この金属軸受け式の回転陽極では、固定子コイル２１に回転を制動させるための電圧を印加し磁界を発生させた場合、Ｘ線管２２が破損してしまうことが知られている。このために、金属軸受け式の回転陽極を有するＸ線装置２０を使用する場合には、陽極駆動回路１１はＸ線像の撮像中は定常モードでの出力を行い、撮像終了後には陽極駆動回路１１は固定子コイル２１への印加電圧を停止することによって、回転陽極の回転を制御していた。従って、金属軸受け式の回転陽極を有するＸ線装置２０を用いる場合には、図９に示すように、本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ５は、起動モード時には１０００ボルトの直流電力を供給し、定常モード時には６５０ボルトの直流電力を供給し、制動モードに相当する連続回転モード時には電力供給を停止する。このような電力供給を行うことによって、連続回転モード時における電力供給を低減させることが可能となるので、前述する効果に加えて、さらに使用電力量を低減できるという効果がある。ただし、本実施の形態の交流直流変換器７０では、半導体スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのオン／オフ制御のみでは出力を０ボルトにすることはできないので、例えば、商用電源１と交流直流変換器７０との間に配置される図示しない遮蔽スイッチを制御し、交流直流変換器７０への電力供給を遮断することによって実現することが可能である。
【００６４】
図１０に示す高力率昇圧型コンバータの出力は、陽極回転の起動時である起動モードには定常モードよりも大きな電力を必要とし、制動モードを必要としない型式のＸ線管を用いたＸ線装置に適する。
図１０に示すコンバータ出力を要するＸ線装置は、Ｘ線像の撮像準備時及び撮像中以外であっても常に回転陽極を回転させる必要があるタイプのＸ線管を使用する場合であり、例えば、金属軸受け式のＸ線管の一部機種を使用する場合に適する。このようなＸ線装置を駆動する場合には、例えば、陽極駆動回路１１は、起動モード時には４７０ボルトの３相交流電圧を固定子コイル２１に供給する必要がある。また、陽極駆動回路１１は、定常モード時には２００ボルトの３相交流電圧を、連続回転モード時には１００ボルト程度の３相交流電圧をそれぞれ固定子コイル２１に供給する必要がある。
従って、高力率昇圧型コンバータ５は、起動モード時には１０００ボルト、定常モード時には６５０ボルト、連続回転モード時には３００ボルトの直流電力をそれぞれ供給する構成となっている。
【００６５】
図１１に示す高力率昇圧型コンバータの出力は、従来の高力率昇圧型コンバータと同様の出力を行う場合であり、特に、撮像終了後に回転陽極の制動モードが必要でないＸ線装置に適する。
図１１に示すコンバータ出力は、例えば、解像度が高くなくてもよいプリスキャン等の断層像を金属軸受け式の回転陽極を有するＸ線装置２０に用いて撮影する場合に適する。
このときの計測条件は、前述した図８の説明での（１）〜（３）の条件のように、管電流と管電圧とが大きくなく陰極から回転陽極のターゲットに照射される電子ビームのエネルギーが小さい、あるいは回転陽極のターゲットに衝突する電子ビームの焦点面積が大きい、もしくは撮像に要する時間すなわちＸ線ビームの照射時間が短い等であり、陽極にかかる負担が比較的に小さく、回転陽極が３０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転するような場合である。
従って、高力率昇圧型コンバータ５は、起動モード及び定常モード時には６５０ボルトの直流電力を出力し、連続回転モード時には出力を０（ゼロ）ボルトすなわち供給電力を停止する構成となっている。
【００６６】
図１２に示す高力率昇圧型コンバータの出力は、前述した図１１の場合と同様に、解像度が高くなくてもよいプリスキャン等の断層像を撮像する場合であり、Ｘ線像の撮像準備時及び撮像中以外であっても常に回転陽極を回転させる必要があるタイプのＸ線管を使用する場合に適する。
このような計測条件は、前述の図１１の場合と同様に、管電流と管電圧とが大きくなく陰極から回転陽極のターゲットに照射される電子ビームのエネルギーが小さい、あるいは回転陽極のターゲットに衝突する電子ビームの焦点面積が大きい、もしくは撮像に要する時間すなわちＸ線ビームの照射時間が短い等であり、陽極にかかる負担が比較的に小さく、回転陽極が３０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転するような場合であり、撮像終了後においても回転陽極の回転を継続することが必要な、例えば、金属軸受け式のＸ線管の一部機種を使用する場合に適する。
Ｘ線装置の駆動には、例えば、陽極駆動回路１１が、起動モード時及び定常モード時には２００ボルトの３相交流電圧を、連続回転モード時には１００ボルトの３相交流電圧をそれぞれ固定子コイル２１に供給する。
従って、高力率昇圧型コンバータ５は、起動モード時及び定常モード時には６５０ボルト、連続回転モード時には３００ボルトの直流電力をそれぞれ供給する構成となっている。
【００６７】
《交流直流変換器の他の構成例》
図１３は高力率昇圧型コンバータの他の構成を説明するための図である。図１３に示す高力率昇圧型コンバータは商用電源として単相のものを用いることが可能であり、４つのＩＧＢＴ５１ａ〜５１ｄによる単相フルブリッジ回路によって交流直流変換器７１が構成されており、この交流直流変換器７１の出力には、電圧を平滑化するコンデンサ５２が接続されている。このコンデンサ５２を介した交流直流変換器７１の出力には、抵抗８１と半導体スイッチング素子８２とからなる放電回路８０が接続されている。一方、交流直流変換器７１の入力側には、それぞれリアクトル５０ｄ，５０ｅが接続されており、図１３に示す高力率昇圧型コンバータは、リアクトル５０ｄ，５０ｅを介して図示しない商用交流電源に接続される。６０ｄ，６０ｅはそれぞれ高力率昇圧型コンバータの入力端子である。
【００６８】
また、この高力率昇圧型コンバータは、交流直流変換器７１のブリッジを構成するＩＧＢＴ５１ａ〜５１ｄ及び放電回路８０のスイッチング素子８２の駆動を制御する図示しない制御回路と、この制御回路に動作命令を与える図示しないシーケンサを有しており、このシーケンサには前述の高力率昇圧型コンバータと同様に、起動，定常，制動等を示す制御信号が入力される構成となっている。
【００６９】
この高力率昇圧型コンバータは、一方の入力端子６０ｄの入力電圧値が他方の入力端子６０ｅの入力電圧値よりも高い時期において、ＩＧＢＴ５１ｃをオンさせることにより、リアクトル５０ｄ、ＩＧＢＴ５１ａに接続されたダイオード、及びＩＧＢＴ５１ｃを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ｄにエネルギーが蓄積され、ここでＩＧＢＴ５１ｃをオフすることにより、リアクトル５０ｄに蓄積されたエネルギーがコンデンサ５２を充電する構成となっている。また、入力端子６０ｅの端子電圧が入力端子６０ｄの端子電圧値よりも高い時期において、ＩＧＢＴ５１ａをオンさせることにより、ＩＧＢＴ５１ｃに接続されたダイオード、ＩＧＢＴ５１ａ、及びリアクトル５０ｄを介して短絡電流が流れ、リアクトル５０ｄにエネルギーが充電され、ＩＧＢＴ５１ａをオフすることにより、リアクトル５０ｄに蓄えられたエネルギーがコンデンサ５２を充電する。以上は陽極回転の起動モード時の動作であるが、定常モードでは前述の説明と同様の原理で電源側に電力を回生することが可能となる。
【００７０】
このように、単相フルブリッジ構成の交流直流変換器７１のＩＧＢＴ５１ａ〜５１ｄを制御することにより、コンデンサ５２には電源電圧より高い電圧が蓄積され、また電源側に電力を回生することで一度昇圧した出力を降圧することができるので、図１３に示す高力率昇圧型コンバータは前述した高力率昇圧型コンバータと同様に大出力電力を得ることができる。
【００７１】
図１４は、高力率昇圧型コンバータのその他の構成を説明するための図である。図１４に示す高力率昇圧型コンバータは、ダイオードによる周知の全波整流回路９０と、全波整流回路９０の出力電圧を平滑化するコンデンサ９１と、コンデンサ９１によって平滑化された電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路１００と、昇圧チョッパ回路１００の昇圧出力を降圧する放電回路８０とから構成される。
【００７２】
昇圧チョッパ回路１００は、入力端子の一方の側にリアクトル１０１の一端がが接続されており、このリアクトル１０１の他端にダイオード１０３のカソードとＩＧＢＴ１０２のコレクタが接続される。ダイオード１０３のアノードにはコンデンサ１０４の一端が接続され、昇圧チョッパ回路１００の一方の出力となっている。一方、昇圧チョッパ回路１００の入力端子の他方側には、ＩＧＢＴ１０２のエミッタとコンデンサ１０４の他端が接続され、昇圧チョッパ回路１００の他方の出力となっている。
【００７３】
また、昇圧チョッパ回路１００の後段に配置される放電回路８０は、昇圧チョッパ回路１００の出力の内でダイオード１０３のカソードに接続される側の出力に抵抗８１の一端が接続されると共に、放電回路８０の一方の出力すなわち高力率昇圧型コンバータの一方の出力となっている。この抵抗８１の他端には、ＩＧＢＴ８２のコレクタが接続されている。一方、昇圧チョッパ回路１００の出力の内でＩＧＢＴ１０２のエミッタに接続される側の出力には、放電回路８０を構成するＩＧＢＴ８２のエミッタが接続されると共に、放電回路８０の他方の出力すなわち高力率昇圧型コンバータの他方の出力となっている。また、この高力率昇圧型コンバータは、昇圧チョッパ回路１００のＩＧＢＴ１０２及び放電回路８０のＩＧＢＴ８２の駆動を制御する図示しない制御回路と、この制御回路に動作命令を与える図示しないシーケンサを有しており、このシーケンサには前述の高力率昇圧型コンバータと同様に、起動，定常，制動等を示す制御信号が入力される構成となっている。
【００７４】
この高力率昇圧型コンバータでは、昇圧チョッパ回路１００のＩＧＢＴ１０２のオンによって短絡電流がリアクトル１０１にエネルギーが蓄積される。その後ＩＧＢＴ１０２をオフすることで、蓄積されたエネルギーはコンデンサ１０４に充電される。この動作は陽極回転の起動モード時の動作であるが、定常モードになると、放電回路８０のＩＧＢＴ８２が、一度昇圧した出力電圧を降圧させて電力を回生する為にオンする。このように、昇圧チョッパ回路１００のＩＧＢＴ１０２を制御することにより、コンデンサ５２には電源電圧より高い電圧が蓄積され、また放電回路８０のＩＧＢＴ８２をオンすることで一度昇圧した出力を降圧することができるので、この高力率昇圧型コンバータは前述した高力率昇圧型コンバータと同様に大出力電力を得ることができる。
【００７５】
図１５は、高力率昇圧型コンバータのその他の構成を説明するための図である。図１５に示す高力率昇圧型コンバータは、商用電源の入力となる入力端子６０ａ〜６０ｃに接続される周知の昇圧型絶縁トランス１１０と、昇圧型絶縁トランス１１０の出力を整流する周知の全波整流回路９０と、全波整流回路９０の出力を平滑化するコンデンサ９１と、コンデンサ９１の出力を降圧する放電回路８０とからなる。また、この高力率昇圧型コンバータは、放電回路８０のＩＧＢＴ８２の駆動を制御する図示しない制御回路と、この制御回路に動作命令を与える図示しないシーケンサを有しており、このシーケンサには前述の高力率昇圧型コンバータと同様に、起動，定常，制動等を示す制御信号が入力される構成となっている。
図１５に示す高力率昇圧型コンバータは、陽極回転の起動モード時に要する電圧を昇圧型絶縁トランス１１０で昇圧する。定常モード時には、放電回路８０のＩＧＢＴ８２が、一度昇圧した出力電圧を降圧させて電力を回生する為にオンする。このように、昇圧型絶縁トランス１１０で昇圧した電圧を、チョッパ回路１００のＩＧＢＴ１０２を制御することで降圧することができるので、前述した高力率昇圧型コンバータと同様に大出力電力を得ることができる。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態のＸ線装置では、高力率昇圧型コンバータ５が陽極駆動回路１１の動作モードに応じた電圧レベルの直流電圧を供給する構成となっているので、例えば、Ｘ線管２２の一対の電極である陽極及び陰極間に印加する電圧を高くしてＸ線管２２から高エネルギーのＸ線ビームを被検体３１０に照射し、解像度の高いＸ線像を得る場合のように、回転陽極を所望の時間内に高速回転させるために陽極駆動手段１１が高い直流電圧の供給が必要となった場合であっても、回転陽極が所望の回転数に達するまでの期間内にのみ回転陽極の駆動に必要な直流電圧を高力率昇圧型コンバータ５が供給する構成となっているので、高力率昇圧型コンバータ５を共用することができる。従って、高力率昇圧型コンバータ５を小型化することができる。
【００７７】
また、高力率昇圧型コンバータ５は回転陽極が所望の回転数に達した後は、回転陽極の回転数を維持するために必要な電圧レベルと、高力率昇圧型コンバータ５がＸ線管２２に印加するための交流電圧を生成するために必要となる電圧レベルとの何れか高い方の電圧を出力電圧レベルとして出力する構成となっているので、高力率昇圧型コンバータ５及び高電圧発生装置１０における電力損失を低減させることができる。
【００７８】
さらには、高力率昇圧型コンバータ５と、高電圧発生装置１０と、陽極駆動手段１１とを、撮影系を被検体３１０の周囲に回転させる回転板４１０であるスキャナに搭載することによって、撮影系を被検体３１０の周囲に回転させる速度を向上させることが可能となるので、Ｘ線像の撮像時間を短縮することができる。その結果、診断効率を向上させることができる。
【００７９】
なお、本実施の形態のＸ線装置では、高電圧発生装置１０から高力率昇圧型インバータの出力を制御するための制御信号を出力する構成としたが、これに限定されることはなく、例えば、陽極駆動回路１１から出力させる、あるいは高力率昇圧型コンバータ５に内蔵させる等の構成でもよいことはいうまでもない。
また、本実施の形態では、本願発明をＸ線ＣＴ装置に適用した場合について説明したが、これに限定されることはなく、Ｃ字型アームを有する循環器用のＸ線装置やＸ線テレビ装置、病室に移動させて撮影するポータブルＸ線装置等にも適用可能なことはいうまでもない。
【００８０】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００８１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）直流電圧発生器を共用することができる。
（２）Ｘ線高電圧装置における電力損失を低減させることができる。
（３）直流電圧発生装置を小型化することができる。
（４）より高速に撮影系を回転移動させることができる。
（５）診断効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＸ線装置であるＸ線ＣＴ装置に使用されるＸ線高電圧装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータ出力の一例である。
【図３】本実施の形態のＸ線装置であるＸ線ＣＴ装置の概略構成を説明するための図である。
【図４】本実施の形態の撮影系の概略構成を説明するための図である。
【図５】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータの概略構成を説明するための図である。
【図６】本実施の形態の交流直流変換器を３相商用交流電源に接続した場合の接続図である。
【図７】高力率昇圧型コンバータの入力電圧がｅｕ＞ｅｖ＞ｅｗのときにおける交流直流変換器の半導体スイッチング素子のスイッチング状態による電流の流れを説明するための図である。
【図８】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータの他の制御出力を説明するための図である。
【図９】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータのその他の制御出力を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータのその他の制御出力を説明するための図である。
【図１１】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータのその他の制御出力を説明するための図である。
【図１２】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータのその他の制御出力を説明するための図である。
【図１３】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータの他の構成を説明するための図である。
【図１４】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータのその他の構成を説明するための図である。
【図１５】本実施の形態の高力率昇圧型コンバータのその他の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１…商用交流電源、５…高力率昇圧型コンバータ、１０…高電圧発生装置、１１…陽極駆動回路、２０…Ｘ線管装置、２１…固定子コイル２１、２２…Ｘ線管、５０ａ〜５０ｃ…リアクトル、５１ａ〜５１ｆ…半導体スイッチング素子、５２ａ，５２ｂ…コンデンサ、５５…制御回路、５６…シーケンサ、６０ａ〜６０ｃ…入力端子、７０…交流直流変換器、３０１…操作卓、３０２…撮影制御手段、３０３…回転板回転手段、３０４…回転角計測手段、３０５…画像収集処理手段、３０６…表示手段、３０７…ガントリ、３０８…Ｘ線検出器、３０９…天板、３１０…被検体。

Claims (2)

1. 交流電圧から直流電圧を生成する直流電圧発生手段と、該直流電圧発生手段によって生成された直流電圧を交流電圧に変換する交流電圧発生手段と、該発生された交流電圧を高電圧に変換し、変換した高電圧をＸ線管の一対の電極に供給する高電圧発生手段と、前記直流電圧から交流電圧に変換された電圧を前記Ｘ線管の陽極電極を回転させる回転機構に供給する陽極駆動手段とを備えたＸ線高電圧装置において、前記直流電圧発生手段は前記陽極駆動手段の動作モードに応じて出力電圧レベルを切り換える出力電圧レベル切換手段を備えたことを特徴とするＸ線高電圧装置。
2. 請求項１記載のＸ線高電圧装置と、このＸ線高電圧装置によって電源供給されるＸ線管と、被検体を介して前記Ｘ線管と対向配置され前記被検体を透過したＸ線ビームから前記被検体のＸ線像を撮像する撮像手段と、該撮像手段を前記被検体の周囲に回転あるいは移動させる回転移動手段とを備えたことを特徴とするＸ線装置。

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