JP6157319B2 - 高電圧発生装置およびｘ線撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮影装置のＸ線管装置に管電圧・管電流を供給する高電圧発生装置に関し、特に、被検体の無効被爆を低減する回路を備えた高電圧発生装置に関する。

近年、Ｘ線撮影装置のＸ線検出器には、半導体を材料とするフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が多く用いられている。ＦＰＤではＸ線曝射後にＸ線検出データを読み出すための読出期間が必要である。このＸ線検出データの読出期間を確保するため、Ｘ線管装置からパルス状のＸ線を断続的に照射する方式が採用されることが多い。パルスＸ線照射方式では、高電圧発生装置からＸ線管装置へパルス状の管電圧が供給される。

特許文献１に開示されているように高電圧発生装置は、Ｘ線管装置に管電流を供給する高電圧整流器とＸ線管装置とを高電圧ケーブルで接続するとともに、必要に応じて高電圧整流器と並列に平滑化コンデンサを配置する。このため、特許文献の図１等に開示されているように、高電圧整流器およびＸ線管装置には、高電圧ケーブルの浮遊静電容量と平滑化コンデンサの静電容量の合計容量のコンデンサが並列に接続されているのと等価である。よって、高電圧整流器からパルス状の管電圧をＸ線管装置にパルス状管電圧を供給した際の管電圧の立下りは、急峻にならず、静電容量で決まる時定数で徐々に低下する「波尾」現象が生じる。波尾電圧がＸ線管装置に印加されている時点では、Ｘ線管装置から波尾電圧に応じたＸ線が発生するため、被検体は無効被爆を受けることになる。そのため、特許文献１では、波尾電圧を短時間で遮断する回路を高電圧整流器１５に並列に接続した構成を開示している。特許文献１に開示されている波尾遮断回路は、複数段のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子と、放電用抵抗とを直列接続した構成である。

特開２００９−３７９３６号公報

特許文献１に開示されているように波尾遮断回路は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチ素子を用いることが多いが、管電圧に比べるとＭＯＳＦＥＴの定格電圧は非常に低いため、複数の半導体スイッチ素子を直列接続して用いられる。このため、複数ある半導体スイッチ素子の一つでも故障してしまうと波尾の遮断機能が失われてしまう。波尾遮断回路を含め高電圧発生装置は、絶縁油に封入する必要があるため、高電圧発生装置の設置場所で、故障した半導体スイッチ素子を部品交換することは困難であり、装置全体の交換となる。このため、半導体スイッチの故障を回復させるために必要な費用が高価なものとなってしまう。

本発明は、波尾遮断回路の半導体スイッチに故障が生じた場合であっても、短時間に復旧させることのできる高電圧発生装置を提供する。

本発明では、Ｘ線管装置に印加する管電圧パルスを発生する高電圧発生回路と、管電圧パルスの立下りを急峻にするための波尾遮断回路とを備える高電圧発生装置を提供する。波尾遮断回路は、直列接続された複数のスイッチ回路と、複数のスイッチ回路に直列接続され、前記高電圧発生回路と前記Ｘ線管装置との間に蓄積された電荷を放電する放電用抵抗と、複数のスイッチ回路を短絡させる複数の短絡用スイッチ回路とを備える。短絡用スイッチ回路は、複数のスイッチ回路のうち１以上のスイッチ回路ごとに配置され、１以上のスイッチ回路を短絡させる回路である。

本発明によれば、高電圧発生装置の波尾遮断回路の半導体スイッチに故障が生じた場合であっても、波尾遮断回路を短時間に復旧させることができる。

実施形態１の高電圧発生装置２００を用いたＸ線撮影装置のブロック図。 実施形態１の高電圧発生装置の波尾遮断回路１の放電回路３の構成を示すブロック図。 実施形態１の波尾遮断回路１の短絡用スイッチ回路群７と放電回路３の構成を示すブロック図。 実施形態１の波尾遮断回路１を動作時と非動作時の管電圧の波尾の形状を示すグラフ。 実施形態１の制御部１８による波尾遮断回路１の復旧動作を示すフローチャート。 実施形態１の１以上のスイッチ回路を回路基板に搭載した波尾遮断回路１の構成を示すブロック図。 実施形態２の波尾遮断回路１の構成を示すブロック図。 実施形態３の波尾遮断回路１の構成を示すブロック図。

本発明の実施形態について説明する。

＜＜実施形態１＞＞
本発明の実施形態１の高電圧発生装置について図面を用いて説明する。

実施形態１の高電圧発生装置２００は、図１に示すように、Ｘ線管装置１７に印加する管電圧パルスを発生する高電圧発生回路１００と、管電圧パルスの立下りを急峻にするための波尾遮断回路１とを備えて構成される。波尾遮断回路１は、図２のように、直列接続された複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎと、複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎに直列接続された放電用抵抗６１，６２を備えている。放電用抵抗６１，６２は、高電圧発生回路１００とＸ線管装置１７との間に蓄積された電荷を放電する。また、波尾遮断回路１は、図３のように、複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎに接続された複数の短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎを備えている。短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎは、１以上のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎごとに配置され、当該１以上のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎをそれぞれ短絡させる回路である。

このように、直列接続された複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎに、１以上のスイッチ回路ごとに短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎを接続することにより、スイッチ回路５０−１〜５０−ｎのうちの一つが故障した場合に、短絡用スイッチを動作させて故障したスイッチ回路を短絡させることができる。これにより、直列接続された他のスイッチ回路は、動作可能になるため、他のスイッチ回路を動作させて放電用抵抗に電荷を流し、高電圧発生回路１００とＸ線管装置１７との間に蓄積された電荷を放電することができる。よって、波尾遮断回路のスイッチ回路に故障が生じた場合であっても、短時間で復旧させることができる。

なお、１以上のスイッチ回路とは、１以上であればどのような数であってもよい。例えば、図３のようにスイッチ回路ごとに短絡用スイッチ回路を配置してもよいし、所定数（例えば８個）のスイッチ回路ごとに短絡用スイッチ回路を配置してもよい。また、短絡用スイッチ回路が接続されているスイッチ回路の数が一定ではなく、例えば１個の場合もあれば、３個の場合もあるような構成にすることも可能である。

複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎのうちの一つ以上には、図２および図３のように波尾遮断回路１を動作させるための駆動信号を出力する駆動回路４が接続されている構成とすることが好ましい。また、複数の短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎには、これらのうちのいずれかを動作させる制御部１８が接続されている構成とすることができる。制御部１８が、短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎのいずれかを動作させた場合、動作させた短絡用スイッチ回路が接続されている１以上のスイッチ回路は短絡し、波尾遮断回路から電気的に隔離される。これにより、複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎのうち故障が生じたスイッチ回路を含む１以上のスイッチ回路を短絡させることができる。

制御部１８は、波尾遮断回路１が故障した場合には、複数の短絡用スイッチ回路を順次動作させ、動作させる度に波尾遮断回路１の故障が解消したかどうかを確認し、故障が解消した場合には、その時動作させている短絡用スイッチ回路を継続的に動作させる構成にすることができる。

複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎは、１以上のスイッチ回路ごとに異なる回路基板６に搭載された構成にすることができる。この場合、短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎは、回路基板ごとに配置されている。回路基板６に搭載するスイッチ回路５０の数は、回路基板６ごとに異なっていてもかまわない。

スイッチ回路５０−１〜５０−ｎは、例えば、半導体スイッチと、半導体スイッチに並列接続されるコンデンサと、コンデンサに直列接続される電流制限用インピーダンスとを含む構成にすることができる。

また、本発明の高電圧発生装置からＸ線管装置に管電圧を供給することによりＸ線撮影装置を構成することができる。以下、実施形態のＸ線撮影装置および高電圧発生装置の構成を具体的に説明する。ここでは、Ｘ線撮影装置は、パルス状のＸ線を被検体に連続的に照射して被検体の透視画像を取得する装置を例に説明する。

本発明のＸ線撮影装置は、図１のように高電圧発生装置２００と、Ｘ線管装置１７と、操作部２とを備えている。高電圧発生装置は、Ｘ線管装置１７に管電圧パルスを供給する高電圧発生回路１００と、波尾遮断回路１と、これらの制御部１８とを備えている。

高電圧発生回路１００は、整流器１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ１３と、高電圧変圧器１４と高電圧整流器１５と、管電圧検出回路２０とを備えている。整流器１１は、商用の単相交流電源１０に接続され、単相交流電源１０から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサ１２は、整流器１１に接続され、整流器１１によって変換された直流電圧に含まれる脈動成分を除去し、平滑化する。インバータ回路１３は、平滑コンデンサ１２に接続され、平滑コンデンサ１２によって平滑化された直流電圧を高周波交流電源に変換する。高電圧変圧器１４は、インバータ回路１３に接続され、インバータ回路１３によって変換された高周波交流電圧を昇圧する。高電圧整流器１５は、高電圧変圧器１４に接続され、高電圧変圧器１４によって昇圧された高周波交流電圧を整流して直流高電圧に変換する。高電圧整流器１５は、高電圧ケーブルによってＸ線管装置１７に接続される。高電圧ケーブルの静電容量および、必要に応じて追加される平滑化用コンデンサによって高電圧整流器１５とＸ線管装置１７との間には、静電容量が存在する。本実施形態では、高電圧ケーブルの静電容量および必要に応じて追加される平滑化用コンデンサの静電容量を合計したものを便宜的に高電圧コンデンサ１６として以下の説明に用いる。

Ｘ線管装置１７には、高電圧整流器１５からパルス状の直流高電圧（管電圧パルス）が連続して供給される。高電圧コンデンサ１６によって、印加時の電圧は平滑化されている。Ｘ線管装置１７は、パルス状のＸ線を連続して被検体に曝射する。

管電圧検出回路２０および波尾遮断回路１は、高電圧整流器１５に並列に接続される。

制御部１８は、操作部２内のＸ線曝射スイッチを操作者がオンしたならば、インバータ回路１３にＸ線照射開始とＸ線放射停止を指示するＸ線曝射信号１９を所定間隔で出力して、インバータ回路１３を動作させ、Ｘ線管装置１７に所望の管電圧を供給させる。また、Ｘ線曝射信号１９は、波尾遮断回路１にも供給され、Ｘ線放射停止のＸ線曝射信号１９に対応したタイミングで波尾遮断回路１内のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎを動作させる。これにより、波尾遮断回路１は、高電圧整流器１５からＸ線管装置１７に供給される管電圧パルスの波尾を遮断する動作を行う。この動作については後で詳しく説明する。

また、管電圧検出回路２０は、高電圧整流器１５に接続され、高電圧整流器１５によって出力された直流高電圧を分圧し、低電圧に変換した信号を制御部１８にフィードバックする。

図２は、波尾遮断回路１の放電回路３の構成例を示す図である。放電回路３は、直列接続されたｎ個のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎと、スイッチ回路５０−１〜５０−ｎに直列接続された放電用抵抗６１，６２を備えている。

スイッチ回路５０−１〜５０−ｎは、それぞれＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor）の半導体スイッチＳ(１)〜Ｓ（ｎ）と、半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ)に並列に接続された３つの回路を含む。３つの回路の一つ目は、第一のコンデンサＣｂ（１）〜Ｃｂ（ｎ）と第一の電流制限用抵抗Ｒg（１）〜Ｒｇ（ｎ）とを直列接続した回路である。二つ目は、バランス抵抗Ｒ（ｂ）とダイオードＤａ（１）〜Ｄａ（ｎ）を直列接続した回路である。三つめは、第二のコンデンサＣｓ（１）〜Ｃｓ（ｎ）と第二の電流制限用抵抗Ｒｓ（１）〜Ｒｓ（ｎ）とを直列接続した回路である。

半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ)は、直列接続され、スイッチＳ（１）は、最もカソード（Ｋ）側に配置され、ソース側が放電用抵抗（ＲＤ’）６２に接続されている。半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ−１)の第一の電流制限用抵抗Ｒg（１）〜Ｒｇ（ｎ−１）およびダイオードＤａ（１）〜Ｄａ（ｎ−１）は、隣の半導体スイッチＳ（２)〜Ｓ（ｎ）のゲートに接続されている。第二の電流制限用抵抗Ｒｓ（１）〜Ｒｓ（ｎ−１）は、隣の半導体スイッチＳ（２)〜Ｓ（ｎ）のソースに接続されている。半導体スイッチＳ（ｎ）の第一の電流制限用抵抗Ｒg（ｎ）、ダイオードＤａ（ｎ）および第二の電流制限用抵抗Ｒｓ（ｎ）は、ダイオードＤＬを介して放電用抵抗（ＲＤ）６１に接続されている。半導体スイッチＳ（１）のゲートには、駆動回路４が接続されている。

また、半導体スイッチＳ（２）〜Ｓ（ｎ)のゲートとソース間には、誤動作で半導体スイッチＳ（２）〜Ｓ（ｎ)が導通状態になるのを防ぐためのツェナーダイオードＤｚａ（２）〜Ｄｚａ（ｎ）が配置されている。

次に、放電回路３の動作を説明する。制御部１８からＸ線放射開始の曝射信号１９がインバータ回路１３に出力されると、インバータ回路１３が動作し、高電圧整流器１５からＸ線管装置１７に、所定の高電圧の管電圧パルスが供給される。これにともない、高電圧コンデンサ１６には電荷がチャージされる。制御部１８からＸ線放射停止の曝射信号１９が出力されると、高電圧整流器１５の管電圧パルスの出力は停止するが、高電圧コンデンサ１６にチャージされている電荷が、Ｘ線管装置１７に供給され、管電圧パルスの波尾が生じる。波尾遮断回路１は、高電圧コンデンサ１６の電荷を以下のように放電し、波尾を遮断する。

高電圧コンデンサ１６の両端の電圧は、これに並列接続されている放電回路３の両端にも印加されている。管電圧パルスの印加の最中は、駆動回路４は、半導体スイッチＳ（１）のゲートに駆動信号５を供給せず、半導体スイッチＳ（１）を非導通に維持する。これにより、他の半導体スイッチＳ（２）〜Ｓ（ｎ）も非導通状態であり、放電用抵抗（ＲＤ，ＲＤ’）６１，６２には電流が流れず、放電は生じない。このとき、スイッチ回路５０−１〜５０−ｎの両端に印加された電圧は、バランス抵抗Ｒｂ（１）〜Ｒｂ（ｎ）によって均等に分圧されて、第一のコンデンサＣｂ（１）〜Ｃｂ（ｎ）、第二のコンデンサＣｓ（１）〜Ｃｓ（ｎ）および半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ）にほぼ均等に電圧が充電されている。

駆動回路４は、制御部１８からＸ線放射停止の曝射信号１９を受け取ったならば、半導体スイッチＳ（１）のゲートに正の駆動信号５を出力する。これにより、半導体スイッチＳ（１）のソースとドレイン間は導通する。これに伴い、第一のコンデンサＣｂ（１）にチャージされている正の電荷が、半導体スイッチＳ（２）のゲートに流れ込み、ゲートに正の電圧が印加されるため、半導体スイッチＳ（２）のソースとドレイン間は導通する。この動作が、半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ）まで、次々と連続して生じ、半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ）はすべて導通状態となる。これにより、高電圧コンデンサ１６にチャージされている電荷は、半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ）および放電用抵抗（ＲＤ,ＲＤ’）６１，６２を流れ、放電用抵抗（ＲＤ,ＲＤ’）６１，６２で放電される。

よって、図４に示すように、波尾遮断回路１が動作時には、管電圧がゼロになるまでの立下り時間Ｔ１は、高電圧コンデンサ１６の静電容量と放電回路３の放電用抵抗（ＲＤ、ＲＤ’）６１，６２の抵抗値から求められる時定数で決まる。一方、波尾遮断回路１が動作しない場合に、管電圧の立下り時間Ｔ２は、Ｘ線管装置１７の管電圧・管電流からオームの法則により算出される抵抗値（以降Ｒｘと記載する）と高電圧コンデンサ１６の容量から求められる時定数で決まる。波尾遮断回路１の放電用抵抗（ＲＤ、ＲＤ’）６１，６２の抵抗値は、上記抵抗値Ｒｘよりも大きく設定されているので、波尾遮断回路１を動作させることにより、波尾を短く、すなわち管電圧パルスの立下り時間Ｔ１を、波尾遮断回路１が非動作時の立下り時間Ｔ２よりも短時間にすることができる。立下り時間が短くなるため、立下り時間にＸ線管から放射されるＸ線量を低減でき、被検体の無効被爆を低減できる。

なお、第二のコンデンサＣs（１）の電荷は、半導体スイッチＳ（１）が導通状態になると、第二の電流制限用抵抗Ｒs（１）を介して、半導体スイッチＳ（２）のソースに供給される。これにより、半導体スイッチＳ（２）のゲートには、ソースに対して、導通開始のために十分な電圧が印加される。一方、ダイオードＤＬは、スイッチＳ（ｎ）のアノード（Ａ）側に直列接続され、逆流電流を防止する作用をする。ツェナーダイオードＤzaは、ゲートとソース間に誤電流が流れるのを防止し、スイッチＳのご動作を防止する。

つぎに、図３を用いて、短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎについて説明する。短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎは、図３の例では、スイッチ回路５０−１〜５０−ｎごとにそれぞれ配置されている。スイッチ回路５０−１〜５０−ｎは、上述のように直列接続されているため、いずれかのスイッチ回路が故障すると、全体が非導通となり、放電用抵抗（ＲＤ，ＲＤ’）に放電電流を流すことができなくなる。そこで、短絡用スイッチ回路は、対応するスイッチ回路の半導体スイッチが故障した場合に、迂回路を形成することにより、故障したスイッチ回路の半導体スイッチのソースとドレインを短絡するとともに、隣の半導体スイッチのゲートにゲート電圧を供給するように構成されている。すなわち、短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｎは、接続されているスイッチ回路の半導体スイッチのソースとドレインを短絡するためのスイッチＳｓ２（１）〜Ｓｓ２（ｎ）と、接続されている半導体スイッチのゲートに供給されるべき電圧を隣の半導体スイッチのゲートに供給するためのスイッチＳｓ１（１）〜Ｓｓ１（ｎ）とを備えている。

これにより、例えば、図３のように、２段目の半導体スイッチＳ（２）が故障した場合、短絡用スイッチ回路７−２のスイッチＳｓ２（２）をオンにすることで半導体スイッチＳ（２）のソースからドレインへ流れるべき電流をスイッチＳｓ２（２）を迂回させて流すことができる。これにより、半導体スイッチＳ（２)が開放状態で故障した場合であっても、放電電流が流れる経路を確保できる。また、同時に、スイッチＳｓ１（２）をオンにすることで、２段目の半導体スイッチＳ（２）のゲートに供給されるべき電圧を、３段目の半導体スイッチＳ（３）のゲートに供給することができる。これにより、スイッチＳ（２）が、短絡状態で故障し、２段目のスイッチ回路５０−２の第一のコンデンサＣｂ（２）および第二のコンデンサＣｓ（２）に電圧が分担されなくなっても、スイッチＳ（３）のゲートをオンにして、動作させることができる。これにより、２段目の半導体スイッチＳ（２）が故障した場合であっても、他の半導体スイッチＳ（１），Ｓ（３）〜Ｓ（ｎ）により波尾遮断動作を行うことができる。つまり半導体スイッチが故障した場合であっても、故障時に短絡状態か開放状態かに関係なく、短絡用スイッチ回路を短絡させることで波尾遮断回路１を復旧させることができる。

つぎに、図５を用いて、波尾遮断回路１の半導体スイッチ５０に故障が生じた場合の、復旧動作について説明する。制御部１８は、予め格納されているプログラムを読み込んで、図５のフローチャートを示すように動作し、波尾遮断回路１の故障を検出し、復旧する。

まず、制御部１８は、Ｘ線透視撮影動作のためのＸ線放射開始およびＸ線放射停止の曝射信号１９を出力するたびに、波尾遮断回路１の故障の有無を検出する（ステップ５０１）。具体的には、制御部１８は、管電圧検出回路２０が検出した管電圧を受け取り、Ｘ線放射停止を指示するＸ線曝射信号１９が出力されてから、管電圧がゼロになるまでの立ち下がり時間Ｔを算出する。この立下り時間Ｔと、高電圧コンデンサ１６の容量と放電回路３の放電用抵抗ＲＤ、ＲＤ’の抵抗値から求められる管電圧の立ち下がり時間Ｔ１との差が、所定の誤差よりも大きい場合には、波尾遮断回路１が故障したと判定する。その旨を表示装置（不図示）に表示する等により操作者に報知するとともにＸ線透視撮影動作を停止さる。そしてステップ５０２以下に進み、波尾遮断回路１の復旧動作を行う。

ステップ５０２では、制御部１８は、波尾遮断回路１の動作をオフにする（ステップ５０２）。これにより、管電圧パルスの立下り時間Ｔは、高電圧コンデンサ１６の容量と放電回路３の放電用抵抗ＲＤ、ＲＤ’から求められる時定数の立下り時間Ｔ２になる。この状態で、所定のパルス透視の動作を行い（ステップ５０３）、管電圧系のエラー（例：管電圧が設定値どおりに出力されない、アノード・カソードの管電圧値がアンバランスするなど）が発生するかどうかを判定する（ステップ５０４）。管電圧系のエラーが発生した場合は、放電回路３以外の故障と考えられるため、ステップ５０５に進み、波尾遮断回路１による故障ではない旨を表示装置に表示する等により操作者に報知し、復旧動作を終了する。管電圧系のエラーが発生しない場合は、ステップ５０６に進む。

ステップ５０６では、制御部１８は、１段目の短絡用スイッチ回路７−１のスイッチＳｓ１（１）およびＳｓ２（１）をオンにし、カソード側から1段目のスイッチ回路５０−１の半導体スイッチＳ（１）を短絡する（ステップ５０６，５０７）。その状態で、撮影時のパルス透視と同様の所定の動作を行う（ステップ５０８）。そして、ステップ５０１と同様に、管電圧検出回路２０が検出した管電圧を受け取り、管電圧がゼロになるまでの立ち下がり時間Ｔを算出し、立ち下がり時間Ｔ１との差を求め、所定の誤差より大きいかどうか判定する（ステップ５０９）。所定の誤差よりも小さい場合には、波尾遮断回路１の故障は解消した、すなわち半導体スイッチ回路５０−１の半導体スイッチＳ（１）の故障であったが短絡用スイッチ回路７−１のオンで故障が解消したため、復旧完了と判定する。それとともに、短絡用スイッチ７−１のオン状態を継続する。そして、ステップ５１０に進み、波尾遮断回路１の復旧完了を表示装置（不図示）に表示する等して操作者に報知し、復旧動作を終了する。これにより、被検体の透視撮影動作が再開可能になる。

一方、ステップ５０９において管電圧の立ち下がり時間Ｔと立ち下がり時間Ｔ１との差が所定の誤差より大きい場合、故障は解消していないため、ステップ５０７に戻って、１段目の短絡用スイッチ７−１をオフにし、２段目の短絡用スイッチ７−２のスイッチＳｓ１（２）およびＳｓ２（２）をオンにし、２段目のスイッチ回路５０−２の半導体スイッチＳ（２）を短絡する（ステップ５１１、５１２）。そして、ステップ５０８で所定のパルス透視を行い、波尾遮断回路１の故障が解消したかどうかを判定する。この動作を、故障が解消するまで、全ての短絡用スイッチ７−１〜７−ｎについて順次行う（ステップ５１１）。全ての短絡用スイッチ７−１〜７−ｎを順次オンにしても故障が解消しない場合には、スイッチ回路５０−１〜５０−ｎが同時に複数故障しているか、その他の故障が考えられるため、制御部１８の動作による自動的な復旧は不可と判断し、その旨を表示装置に表示して操作者に報知して、復旧動作を終了する（ステップ５１３）。また、サービスマンに通信回線（不図示）を通じて報知してもよい。

上述してきたように、本実施形態では、波尾遮断回路の半導体スイッチに故障が生じた場合であっても、波尾遮断回路全体を交換する必要がなく、制御部１８の制御下で短時間に自動で復旧することができる。よって、メンテナンス費用がかからず、しかも、Ｘ線撮影を停止させる時間も短時間で済むため、装置の稼働効率を高めることができる。

なお、放電回路３のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎの数は、一般的に、管電圧に対して余裕をもって多めに設定されているため、1つのスイッチ回路を短絡させた場合であっても、その動作に支障は生じない。

また、上述の実施形態１では、半導体スイッチ回路５０−１〜５０−ｎごとに1つの短絡用スイッチ回路した構成について説明したが、本発明は、この構成に限られるものではない。例えば、図６に示すように、複数のスイッチ回路５０−１〜５０−ｎが、１以上の異なる回路基板６−１〜６−ｍに搭載された構成にすることができる。回路基板６の数ｍは、スイッチ回路５０の数ｎより少なく、回路基板６には、１または複数のスイッチ回路５０が搭載されている。回路基板６に搭載するスイッチ回路５０の数は、回路基板６ごとに異なっていてもかまわない。短絡用スイッチ回路７は、回路基板６の数ｍと同数であり、回路基板６−１〜６−ｍごとに配置されている。短絡用スイッチ回路７−１の回路構成は、対応する回路基板６−１に搭載されている１以上のスイッチ回路のうち、最もカソード側に位置するスイッチ回路５０−１の半導体スイッチＳ（１）のソースを、隣の回路基板６−２の最もカソード側に位置する半導体スイッチのソースに短絡するスイッチＳｓ２（１）と、半導体スイッチＳ（１）のゲートに供給されるべき電圧を、隣の回路基板６−２の最もカソード側に位置する半導体スイッチのゲートに供給するためのスイッチＳｓ１（１）とを含む構成である。他の短絡用スイッチ回路７−２〜７−ｍの構成も同様である。

これにより、短絡用スイッチ７−１のオンにすることにより、回路基板６−１に搭載されている半導体スイッチがすべて短絡するため、回路基板６−１に搭載されている半導体スイッチのいずれかが故障している場合には、これにより復旧することができる。

図６のように、１以上のスイッチ回路ごとに短絡用スイッチ回路を配置することにより、図５のフローによって、復旧動作を行う場合に、短絡用スイッチ回路の数ｍが、半導体スイッチの数より少ないため、ステップ５０７〜５１２はｍ回繰り返せばよく、短時間に復旧動作を行うことができる。なお、この構成では、回路基板によっては複数のスイッチ回路が短絡するため、これらの複数のスイッチ回路を短絡させた場合であっても、管電圧に耐えられるように、回路基板６−１〜６−ｍに搭載するスイッチ回路の数を設計しておくことが望ましい。

＜＜実施形態２＞＞
本発明の実施形態２の高電圧発生装置の波尾遮断回路１について図７を用いて説明する。図７の波尾遮断回路１は、図６と同様に１以上のスイッチ回路５０が回路基板６に搭載され、回路基板６ごとに短絡用スイッチ回路７が接続されている。短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｍには、ぞれぞれ、故障の有無を検出する故障検出回路８−１〜８−ｍが接続されている。制御部１８は、故障検出回路８−１〜８−ｍが故障有りを検出した場合には、その故障検出回路８に対応する短絡用スイッチ回路７を動作させる。例えば、故障検出回路８−１〜８−ｍは、回路基板６−１〜６−ｍに搭載された１以上のスイッチ回路の電圧を検出することにより故障の有無を検出する構成とする。他の構成は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。

以下、図７の構成についてさらに具体的に説明する。図７の構成は、回路基板６−１〜６−ｍにそれぞれ所定数のスイッチ回路５０が搭載されている。故障検出回路８−１〜８−ｍは、短絡用スイッチ回路７−１〜７−ｍと並列に接続される。故障検出回路８は、抵抗およびコンデンサで構成された電圧検出回路と、短絡用スイッチ回路７のスイッチをＯＮ・ＯＦＦするための信号を出力する回路とを備えている。

放電回路３のアノード（Ａ）―カソード（Ｋ）間に、高電圧コンデンサ１６の電圧が印加されると、実施形態１で説明したように、各スイッチ回路５０−１〜５０−ｎのバランス抵抗Ｒｂ（ｎ）によって印加された電圧が分圧されて、それぞれのコンデンサＣｂ（１）〜Ｃｂ（ｎ）にはほぼ均等に電圧が充電される。スイッチＳ（ｎ）にもほぼ均等に電圧が分担される。同様に故障検出回路８のコンデンサにも均等に分担された電圧が充電されている。

制御部１８がＸ線放射停止を指示する曝射信号１９を出力したならば、駆動回路４は、スイッチ回路５０−１のゲートに正の駆動信号５を出力する。これにより、スイッチ回路５０−１〜５０−ｎの半導体スイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ）は、カソード側から順次オンになり、ゼロに放電されていく。放電時間は、コンデンサＣｂ（ｎ）および電流制限用抵抗Ｒｇ（ｎ）から算出される時定数Ｃｂ×Ｒｇ（ただし、Ｃｂ：コンデンサＣｂの静電容量、Ｒｇ：電流制限用抵抗Ｒｇの抵抗値）で決まる。駆動信号４から駆動信号が出力されてから、ｎ個のスイッチＳ（１）〜Ｓ（ｎ）の全てのコンデンサＣｂ（ｎ）が放電されるまで、Ｃｂ×Ｒｇ×ｎの時間を要する。したがって、回路基板６が総数ｍ枚である場合、回路基板６のｋ枚目（ｋ＝１〜ｍ）が放電される時間は、Ｃｂ×Ｒｇ×ｎ×（ｋ/ｍ）の時間Ｔ（ｋ）で表される。制御部１８には、予め求めておいた、回路基板６−１〜６−ｍごとに放電されるまでの時間Ｔ（ｋ）（ただし、ｋ＝１〜ｍ）が、内蔵する格納部（不図示）にそれぞれ格納されている。

制御部１８は、駆動回路４が駆動信号５を出力してから、故障検出回路８−１〜８−ｍの各電圧検出回路が検出する電圧値がゼロになるまでの時間を監視している。そして、格納部に格納された放電時間Ｔ（ｋ）（ただし、ｋ＝１〜ｍ）を過ぎても電圧値がゼロにならない故障検出回路８があれば、それに対応している回路基板６に搭載されているスイッチ回路のいずれかが故障したと判断し、制御部１８は、故障検出回路８に対して故障した回路基板６を短絡する信号を短絡用スイッチ回路７へ出力する。これにより、短絡用スイッチ回路７が故障した回路基板６のスイッチ回路の半導体スイッチを短絡させるため、波尾遮断回路１を復旧させることができる。

実施形態２の図７の波尾遮断回路１の構成は、回路基板６−１〜６−ｎごとに故障検出回路８−１〜８−ｎを備えているため、通常の波尾遮断動作の最中の短い時間で故障した回路基板６を検出し、短絡させることができる。

なお、上述の実施形態２では、制御部１８が回路基板６−１〜６−ｍごとに、放電により電圧がゼロになるまでの時間を監視する構成であったが、必ずしも時間を監視しなくてもよい。例えば、回路基板６−１〜６−ｍごとに、放電により電圧がゼロもしくは所定の基準値よりも小さくなるかどうかにより、故障した回路基板を検出できる。故障した回路基板６を絡用スイッチ回路７により短絡させることにより復旧させることが可能である。この場合、具体的な回路構成としては、制御部１８と故障検出回路８のそれぞれとの間に比較回路を配置し、駆動信号５が出力されたならば、故障検出回路８の検出電圧を所定の基準値と比較回路により比較し、ゼロもしくは基準値よりＬｏｗにならない回路基板６を故障と判別する。これにより、簡単な回路構成で故障している回路基板６を判別できる。

＜＜実施形態３＞＞
実施形態１および２では波尾遮断回路１は、アノード（Ａ）−カソード（Ｋ）の極間に並列に接続されているが、実施形態３では、図８のように、アノードとカソードの中点を接地した回路構成にする。この場合、波尾遮断回路１には、接地点よりもアノード側の複数のスイッチ回路のうち最もカソード側に位置するスイッチ回路と、接地点よりもカソード側の複数のスイッチ回路のうち最もカソード側に位置するスイッチ回路に、それぞれ駆動信号５が供給される。これにより、接地点よりもアノード側の複数のスイッチ回路と、カソード側の複数のスイッチ回路が同時にオン状態になり、波尾遮断が実行される。図８では、実施形態２と同様に、所定数のスイッチ回路が回路基板６に搭載され、回路基板６ごとに短絡用スイッチ回路７と故障検出回路８が並列に接続されている。

このような回路構成の場合、スイッチ回路の故障箇所が、アノード（Ａ）側もしくはカソード（Ｋ）側のどちらか一方に生じ、そのスイッチ回路を搭載した回路基板６を短絡用スイッチ回路７で短絡させた場合、短絡させた回路基板６に搭載された複数のスイッチ回路の分だけ、アノード側とカソード側とでスイッチ回路の数がアンバランスになる。スイッチ回路の数がアンバランスになった場合、管電圧の立下りの速度が、アノード（Ａ）とカソード（Ｋ）とで異なり、均等に分担されるべき管電圧が不均等になるため、制御部１８に故障を誤認識させてしまう可能性がある。そこで、実施形態３では、制御部は、接地点よりも一方の側（例えばアノード側）の短絡用スイッチ回路７を動作させて、所定数のスイッチ回路の短絡させる場合、短絡させたスイッチ回路と同数のスイッチ回路を、接地点よりも他方の側（カソード側）においても短絡させる。具体例としては、制御部１８は、例えば接地点よりもアノード（Ａ）側の回路基板６のうち、低圧側から２枚目のスイッチ回路基板６−２が故障したことを故障検出回路８の検出した電圧から検出した場合、故障した回路基板６−２を短絡用スイッチ回路７−２で短絡させるだけでなく、接地点よりもカソード（Ｋ）側の回路基板６のうち低圧側から２枚目の回路基板６−２について、並列に接続されている短絡用スイッチ回路７−２を短絡させるように制御する。これにより、接地点よりもアノード（Ａ）側の回路基板のスイッチ回路の数と、カソード（Ｋ）側の回路基板のスイッチ回路の数を同数に維持し、放電回路３のバランスが取ることができる。よって、制御部１８が誤認識することなく波尾遮断動作を行うことができる。

１：波尾遮断回路、３：放電回路、４：駆動回路、５：駆動信号、６：回路基板、７：短絡用スイッチ回路、８：故障検出回路、１０：単相交流電源、１１：整流器、１２：（低圧側）コンデンサ、１３：インバータ回路、１５：高電圧整流器、１６：高電圧コンデンサ、１７：Ｘ線管装置、１８：制御部、１９：曝射信号、２０：管電圧検出回路、２１：管電圧検出信号、Ｓ（１）〜Ｓ（ｎ）：半導体スイッチ、Ｃｂ（１）〜Ｃｂ（ｎ）：第一のコンデンサ、Ｒg（１）〜Ｒg（ｎ）：第一の電流制限抵抗、Ｃｓ（１）〜Ｃｓ（ｎ）：第二のコンデンサ、Ｒｓ（１）〜Ｒｓ（ｎ）：第二の電流制限抵抗、Ｄａ（１）〜Ｄａ（ｎ）：ダイオード、Ｄza（２）〜Ｄza（ｎ）：ツェナーダイオード、ＲＤ、ＲＤ’：放電用抵抗、ＤＬ：ダイオード、Ｓｓ１（１）〜Ｓｓ１（ｎ）、Ｓｓ２（１）〜Ｓｓ２（ｎ）：（短絡用）スイッチ

Claims (10)

1. Ｘ線管装置に印加する管電圧パルスを発生する高電圧発生回路と、前記管電圧パルスの立下りを急峻にするための波尾遮断回路とを有し、
   前記波尾遮断回路は、直列接続された複数のスイッチ回路と、前記複数のスイッチ回路に直列接続され、前記高電圧発生回路と前記Ｘ線管装置との間に蓄積された電荷を放電する放電用抵抗と、前記複数のスイッチ回路を短絡させる複数の短絡用スイッチ回路とを備え、
   前記短絡用スイッチ回路は、複数のスイッチ回路のうち１以上の前記スイッチ回路ごとに配置され、当該１以上のスイッチ回路を短絡させる回路であることを特徴とする高電圧発生装置。
2. 請求項１に記載の高電圧発生装置において、前記複数のスイッチ回路のうちの一つ以上に駆動信号を出力し、前記波尾遮断回路を動作させる駆動回路と、前記複数の短絡用スイッチ回路のいずれかを動作させ、動作させた短絡用スイッチ回路が接続されている前記１以上のスイッチ回路を、前記波尾遮断回路から電気的に隔離する制御部とをさらに備えることを特徴とする高電圧発生装置。
3. 請求項２に記載の高電圧発生装置において、前記制御部は、前記波尾遮断回路が故障した場合には、前記複数の短絡用スイッチ回路を順次動作させ、動作させる度に前記波尾遮断回路の故障が解消したかどうかを確認し、故障が解消した場合には、その時動作させている前記短絡用スイッチ回路を継続的に動作させることを特徴とする高電圧発生装置。
4. 請求項２に記載の高電圧発生装置において、前記波尾遮断回路は、前記短絡用スイッチ回路が接続されている前記１以上のスイッチ回路の故障の有無を検出する故障検出回路を、前記複数の短絡用スイッチ回路ごとに備え、
   前記制御部は、前記故障検出回路が故障有りを検出した場合には、前記故障検出回路に対応する前記短絡用スイッチ回路を動作させることを特徴とする高電圧発生装置。
5. 請求項４に記載の高電圧発生装置において、前記故障検出回路は、前記１以上のスイッチ回路の電圧を検出することにより故障の有無を検出することを特徴とする高電圧発生装置。
6. 請求項１に記載の高電圧発生装置において、前記複数のスイッチ回路は、前記１以上のスイッチ回路ごとに異なる回路基板に搭載され、
   前記短絡用スイッチ回路は、前記回路基板ごとに配置されていることを特徴とする高電圧発生装置。
7. 請求項１に記載の高電圧発生装置において、前記スイッチ回路は、半導体スイッチと、前記半導体スイッチに並列接続されるコンデンサと、前記コンデンサに直列接続される電流制限用インピーダンスとを含むことを特徴とする高電圧発生装置。
8. 請求項２に記載の高電圧発生装置において、前記波尾遮断回路は、前記直列接続された複数のスイッチ回路の中点で接地され、
   前記駆動回路は、前記接地点よりもアノード側の前記複数のスイッチ回路の１つ以上と、前記接地点よりもカソード側の複数のスイッチ回路の１つ以上に前記駆動信号を出力することを特徴とする高電圧発生装置。
9. 請求項８に記載の高電圧発生装置において、前記制御部は、前記接地点よりも一方の側の前記複数のスイッチ回路の１つ以上について前記短絡用スイッチ回路を動作させて短絡させる場合、短絡させた前記スイッチ回路と同数のスイッチ回路を、前記接地点よりも他方の側においても短絡させることを特徴とする高電圧発生装置。
10. 被検体にＸ線を照射するためのＸ線管装置と、前記Ｘ線管装置に管電圧を供給する高電圧発生装置とを備えたＸ線撮影装置であって、前記高電圧発生装置は、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のものであることを特徴とするＸ線撮影装置。

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