WO2025178147A1 - 전압 제어 장치 및 이를 포함하는 엑스레이 장치 - Google Patents

전압 제어 장치 및 이를 포함하는 엑스레이 장치

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WO2025178147A1
WO2025178147A1 PCT/KR2024/002289 KR2024002289W WO2025178147A1 WO 2025178147 A1 WO2025178147 A1 WO 2025178147A1 KR 2024002289 W KR2024002289 W KR 2024002289W WO 2025178147 A1 WO2025178147 A1 WO 2025178147A1
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WO
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voltage
triode
ray
ray tube
cathode
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PCT/KR2024/002289
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김영식
김태형
이병기
김진아
이기원
남효진
홍은주
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LG Electronics Inc
Original Assignee
LG Electronics Inc
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/32—Supply voltage of the X-ray apparatus or tube

Definitions

  • the present invention relates to a voltage control device and an X-ray device including the same, and more specifically, to a method for controlling a voltage required for an X-ray device using a triode X-ray vacuum tube device (hereinafter, “triode X-ray tube”).
  • triode X-ray tube a triode X-ray vacuum tube device
  • Figure 1 illustrates an X-ray device using a conventional triode X-ray tube.
  • KV kilovolts
  • the device (400) in Figs. 1 (a) and (b) is a device that controls the cathode voltage (VC) to control the current at the anode terminal at a constant level.
  • the grid voltage, Vgrid can be defined as V Grid(0) + V margin . In this case, since an excessive grid voltage must always be used, equipment reliability problems may occur.
  • the present invention proposes a voltage control device for an X-ray tube and/or an X-ray device including the same.
  • a voltage control device and/or an X-ray device including the same that controls and provides a grid voltage optimized for the deterioration or individual characteristics of an X-ray tube.
  • the present invention has the following effects.
  • the present invention can control and supply an optimal grid voltage for generating a normal X-ray generation current.
  • Figure 1 illustrates an X-ray apparatus having a tripolar X-ray tube according to the prior art.
  • Figure 2 shows the voltages on the grid or gate and cathode of a triode X-ray tube.
  • Figure 3 illustrates an X-ray device having a tripolar X-ray tube according to the present invention.
  • Figure 4 shows the voltage of the grid or gate and cathode of the triode X-ray tube according to the present invention.
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of a cathode voltage sensor of a triode X-ray tube according to the present invention.
  • FIG. 6 illustrates an embodiment of a cathode voltage sensor of a triode X-ray tube according to the present invention.
  • Figure 8 illustrates an X-ray apparatus having a plurality of tripolar X-ray tubes according to the present invention.
  • FIG. 9 illustrates an example of a configuration of a cathode voltage sensor of an X-ray device having a plurality of triode X-ray tubes according to the present invention.
  • Figure 10 illustrates voltages for driving multiple triode X-ray tubes according to the present invention.
  • Figure 3 illustrates an X-ray device (1) equipped with a tripolar X-ray tube according to the present invention.
  • An X-ray device (1) may include a triode X-ray tube (100) for generating X-rays, an anode voltage source (300), and a current controller (400) for controlling an anode current, a cathode current, or a cathode voltage.
  • the current controller (400) may include a controller (410), a current controller (420), and a current detector (430) for controlling a current controller (420) and a current detector (e.g., impedance (resistance)) (430) or obtaining detection information.
  • a current (I_A) is generated by applying a voltage between the anode of the X-ray tube (100) and a grid and a cathode, and controlling the current in the current controller (400) can control the amount of current (I_A) flowing from the anode.
  • the X-ray device (1) includes a voltage sensor (500), a voltage controller (600), and a power source (700) that provides a variable voltage.
  • the minimum grid voltage (V_Grid(0)) required to operate the X-ray device (1) is determined by the grid-cathode voltage (V_GC) for obtaining a constant anode current and the minimum cathode voltage (V_C(min)) for allowing the current controller (400) to operate normally.
  • the minimum grid voltage (V_Grid(0)) required to generate a constant anode current in the triode X-ray tube (100) can be expressed by the following mathematical equation.
  • V_GC is the gate-cathode voltage value of the triode X-ray tube (100).
  • Fig. 4 shows the voltage relationship according to mathematical expression 1.
  • the present invention includes a device for controlling the gate voltage (or grid voltage) of a triode X-ray tube (100) to obtain a constant anode current, which may be composed of a voltage sensor (500), a voltage controller (600), and a power source (700).
  • the grid (gate) voltage can be controlled or adjusted to an optimal value or a minimum value while maintaining the anode current of the triode X-ray tube (100) constant.
  • the voltage controller (600) can compare the voltage of the cathode or the converted voltage (V_CO) with a preset reference voltage (Vset), and as a result, generate a control signal for the grid voltage or the voltage of the gate of the triode X-ray tube.
  • the voltage controller (600) can generate a control signal for the voltage generation of the gate of the triode X-ray tube according to the difference between the voltage value of the cathode or the voltage value converted therefrom and the preset value.
  • the voltage controller (600) can generate a control signal for voltage compensation of the gate of the triode X-ray tube as the voltage value of the cathode or the voltage value converted therefrom is lower than Vset.
  • the voltage controller (600) may be configured with an operational amplifier (610). Accordingly, as illustrated in FIG. 3, V_CO is input to the - terminal of the operational amplifier, and Vset is input to the + terminal, so that a value corresponding to the difference between V_CO and Vset (hereinafter, “voltage difference value”) is output to the output terminal of the operational amplifier.
  • the voltage difference value may be directly used as a voltage control signal for the gate of the triode X-ray tube, and may be converted into a control signal through a separate control signal generator (620) and then used for control.
  • An example of the control signal generator (620) may be a PID (Proportional Integral Derivation) controller.
  • the output signal of the control signal generator (620) may be a pulse width modulated signal or a pulse frequency modulated signal, and may also be a digital signal or an analog signal.
  • the cathode voltage (V_C) may range from several tens of volts to several kilovolts depending on the operating characteristics of the triode X-ray tube (100). Voltage values in this range are too high to be applied to devices (500, 600, 700) for voltage control.
  • the cathode voltage (V_C) can be converted into a voltage value (V_CO) within a preset range.
  • V_CO voltage value
  • FIG. 5 illustrates an embodiment of a cathode voltage sensor of a triode X-ray tube according to the present invention.
  • Figure 5 (a) shows a voltage converter (510) that outputs a specific voltage when the cathode voltage (V_C) is higher than a specific voltage (V_limit), and outputs the cathode voltage (V_C) when the cathode voltage (V_C) is lower than the specific voltage.
  • the voltage converter (510) is included in the voltage sensor (500).
  • Fig. 5 (b) shows a specific example of Fig. 5 (a).
  • the voltage converter is composed of an N-type MOSFET (511) and an OP amplifier (512) operating as a buffer.
  • V_clmap When a voltage (V_clmap) to be limited is applied to the gate of the N-type MOSFET (511), a converted voltage (V_CO) is obtained as shown in the following mathematical equation.
  • V_T is the threshold voltage of the N-type MOSFET (511), which means the gate-source voltage that determines the ON/OFF state of the N-type MOSFET (511).
  • the N-type MOSFET (511) is a device whose drain current (I_D) changes depending on the gate-source voltage (V_Clamp). If the gate-source voltage is less than V_T, the N-type MOSFET is turned off and no drain current is generated (i.e., in an open state). This is referred to as a cut-off region.
  • the drain current flows and its size changes depending on the drain-source voltage value and the gate-source voltage value.
  • the magnitude of the drain current is not affected by the voltage value between the drain and source, but only by the voltage value between the gate and source, and has the characteristics of a constant current.
  • V_C sensed cathode voltage
  • V_CO V Clamp - V T
  • the voltage sensor of Fig. 5 (b) outputs V_C as is when V_C is a relatively small value; and if V_C is a relatively large value, the output value can be limited to V_Clamp-V_T.
  • FIG. 6 illustrates an embodiment of a cathode voltage sensor of a triode X-ray tube according to the present invention.
  • Fig. 6 (a) illustrates a voltage converter (520) that attenuates the cathode voltage (V_C) by a specific ratio (alpha, ⁇ ).
  • Fig. 6 (b) is a specific example of Fig. 6 (a), and illustrates a voltage converter comprised of a voltage divider (521) comprised of impedance or resistance and a buffer (522).
  • alpha ( ⁇ ) is as follows.
  • V_C cathode voltage
  • the characteristics of an X-ray tube are expressed as grid (gate)-cathode voltage (VGC) when a constant current is generated.
  • VGC grid-cathode voltage
  • the VGC voltage may vary depending on the manufacturing process, operating temperature, and operating voltage, and may also vary due to deterioration during long-term use. If the characteristics of the X-ray tube device are different, the VGC voltage must be applied differently to obtain the same anode current.
  • Fig. 7 (a) shows the minimum grid voltages (V_G1, V_G2, ..., V_GN) required for each X-ray tube to operate normally when X-ray tubes (1, 2, ..., N) with different characteristics are configured and used in an array.
  • V_G2 in Fig. 7(a) the highest voltage among the minimum grid voltages required (i.e., the grid voltage of the X-ray tube with the worst characteristics)
  • V_G(margin) a voltage margin
  • V_G(real) shown in Fig. 7(a) corresponds to the grid voltage value actually required. If nanotubes are used as X-ray generators, V_G(margin) can range from several hundred volts to several thousand volts.
  • Figure 7 (b) shows the actual applied voltage when the grid voltage is fixed to V_G (real). Since a scenario in which multiple X-ray tubes are configured as an array and sequentially turned ON/OFF is assumed, V_GCi and V_Ci in Figure 7 (b) represent the gate-cathode voltage and cathode voltage of X-ray tube i when X-ray tube i is turned ON and the remaining X-ray tubes are turned OFF. V_Cioff represents V_GCi (gate-cathode voltage) when X-ray tube i is turned OFF.
  • V_GCi applied to the X-ray tube is controlled by the current controller (400)
  • the voltage by the actual V_G(margin) can be expressed as the cathode voltage (V_Ci).
  • V_Ci the cathode voltage
  • the cathode voltage rises to a voltage that can turn off the X-ray tubes.
  • Figure 8 illustrates an X-ray apparatus having a plurality of tripolar X-ray tubes according to the present invention.
  • the X-ray device (10) of FIG. 8 unlike the device (1) of FIG. 3, includes a plurality of X-ray tubes (1000) and a plurality of voltage sensors (5100) for the same, and further includes an off control signal generator and multiplexer (8000) for supporting a grid voltage control signal when all X-ray tubes are turned off. Unlike that illustrated in FIG. 8, modifications are possible except for the plurality of X-ray tubes (1000).
  • a plurality of X-ray tubes (1000) may be composed of a plurality of X-ray tube modules (1001). That is, the device (10) includes a plurality of X-ray tube modules (1001), a voltage sensor module (5000), a voltage controller (6000), and an off control signal/multiplexer (8000).
  • An X-ray tube module (1001) may include an X-ray tube (1000), a current controller (4002) and a current detector (4003) connected to a cathode of the X-ray tube (1000), and a switch (4001) for connecting the current controller (4002) and the current detector (4003) to a controller (4010) when the X-ray tube (1000) is in operation.
  • the anode of the X-ray tube (1000) is connected to an anode voltage source (300), and the gate of the X-ray tube (1000) is connected to a grid voltage source (7000).
  • the anode voltage source (300) and the grid voltage source (7000) are provided one by one, as in FIG. 3.
  • the voltage sensor module (5000) includes a plurality of voltage sensors (5100) and a buffer (5200) selectively connected to any one of the plurality of voltage sensors.
  • the output of the buffer (5200) is connected to the input of the voltage controller (6000).
  • a plurality of voltage sensors (5100) sense the cathode voltage of each of the plurality of X-ray tubes (1000). At this time, each voltage sensor (5100) senses a channel selection signal (CS) for selecting an operating X-ray tube, and can recognize or determine whether each of the voltage sensors should sense the cathode voltage or convert the sensed cathode voltage. At the same time, in a scenario where only one of the plurality of X-ray tubes is turned ON, the channel selection signal (CS) is also set to select or turn ON one of the voltage sensors (5100).
  • CS channel selection signal
  • the voltage sensor (5100) that senses the channel selection signal can convert V_C into V_CO as described above.
  • a buffer (5200) for outputting V_C or V_CO as a buffered voltage may be provided at the output terminal of the voltage sensor (5100).
  • the specific configuration of the voltage sensor (5100) is illustrated in FIG. 9. Referring to FIG. 9, the input of each voltage sensor (5100) is connected to the cathode of each X-ray tube (1000); and the output of each voltage sensor (5100) is configured to be connected in parallel with each other and connected to the input of the buffer (5200). This specific configuration of the voltage sensor (5100) is only an example and does not limit the scope of the present invention.
  • the voltage controller (6000) can compare the buffered voltage with the comparison voltage (Vset) and generate a grid voltage or gate voltage control signal of the triode X-ray tube (1000) as a result.
  • the voltage controller (6000) includes an OP amplifier (6010) and a control signal generator (6020), similar to the voltage controller (600) of FIG. 3, but a detailed description thereof will be omitted and reference will be made to the description of the voltage controller (600) of FIG. 3.
  • the off control and multiplexer (8000) may include a multiplexer (8100) and an off control signal generator (8200).
  • the multiplexer (8100) can multiplex a control signal for the grid voltage (V_Gi) when each X-ray tube is in operation and a control signal for the grid voltage (V_Goff) when all X-ray tubes are OFF.
  • the control signal for the grid voltage (V_Goff) when all X-ray tubes are OFF is generated by the off controller (8220).
  • the off control and multiplexer (8000) multiplexes the voltage control signal (V_gctl) based on the V_COi selected according to the channel selection signal (CS) and the off control signal and inputs them to the grid power (7000).
  • the grid voltage (V_Goff) when all X-ray tubes are turned OFF can be set to a voltage size to make the difference with the grid voltage (V_Gi) when the X-ray tubes that follow in time relatively small. For example, considering a scenario where X-ray tube 1 is turned ON and then X-ray tube 2 is turned ON, the output voltage of the grid power supply (7000) changes from V_G1 to V_G2, and the larger the difference in magnitude between V_G1 and V_G2, the longer it takes for the transformation. To reduce the time for this transformation, V_Goff is set, and the size of V_Goff can be updated as the ON/OFF operations of multiple X-ray tubes are continuously repeated. For example, if all X-ray tubes are turned ON/OFF once in one cycle, the size of V_Goff used in the second cycle can be based on the average value of V_Gi in the first cycle.
  • the grid power supply (7000) is connected to supply the grid voltage of each X-ray tube (1000) or X-ray tube module (1001), and can vary its output voltage according to the off control signal and the control signal output from the multiplexer (8000).
  • Figure 9 illustrates an example of a configuration of a cathode voltage sensor of an X-ray apparatus having a plurality of triode X-ray tubes according to the present invention.
  • the depicted voltage converter (5110, 5120) may be included in the voltage sensor (5100).
  • the grid voltage for multiple X-ray tubes is variably provided.
  • the same grid voltage (V_Gi) is applied to all X-ray tubes.
  • the magnitude of the grid voltage (V_Gi) can be changed through the voltage controller of Fig. 3 or Fig. 8 depending on which X-ray tube is in operation.
  • the ON/OFF of the X-ray tube is controlled by the cathode voltage of the X-ray tube.
  • the same grid voltage (V_Goff) is applied to all X-ray tubes.
  • V_Coff The cathode voltage (V_Coff) when each X-ray tube is OFF is determined based on the physical characteristics of each X-ray tube. Therefore, although they are depicted almost identically in Fig. 10, their sizes can be determined independently of each other.
  • the X-ray device (10) detects the cathode voltage of each X-ray tube during operation, and operates to provide a grid voltage (V_Gi) so as to maintain a minimum cathode voltage (V_C(min)).
  • V_Gi grid voltage
  • V_C(min) minimum cathode voltage
  • the operation of the proposal or invention described above may be implemented, performed or executed by a “computer” (a comprehensive concept including a system on chip (SoC) or a (micro) processor, etc.), or may be provided as a code or a computer-readable storage medium storing or including the code or a computer program product, and the scope of the present invention may be extended to the code or the computer-readable storage medium storing or including the code or the computer program product.
  • a “computer” a comprehensive concept including a system on chip (SoC) or a (micro) processor, etc.
  • SoC system on chip
  • micro micro

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  • Toxicology (AREA)
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Abstract

삼극 엑스레이 튜브에 인가되는 전압을 제어하는 장치가 제안되며, 상기 제어 장치는 상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서; 상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함할 수 있다.

Description

전압 제어 장치 및 이를 포함하는 엑스레이 장치
본 발명은 전압 제어 장치 및 이를 포함하는 엑스레이 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 삼극 엑스레이 진공 튜브 장치(이하, “삼극 엑스레이 튜브”)를 이용하는 엑스레이 장치에 필요한 전압을 제어하기 위한 방안에 대한 것이다.
도 1은 종래의 삼극 엑스레이 튜브를 이용한 엑스레이 장치를 도시한다.
3극(Anode, Gate, Cathode)으로 구성된 엑스레이 튜브(100)는 애노드(Anode)에 엑스레이를 발생시키기 위해 수십 내지 수백 킬로볼트(KV)의 고전압이 인가 되고, 게이트(또는 그리드(Grid))와 캐소드(Cathode) 사이의 전압(VGC)으로 애노드로 흐르는 전류량을 조절한다.
기존의 엑스레이 장치는 그리드 전압(수백 내지 수천 볼트)은 고정하고 캐소드 단 전압(도 2의 Vc)을 조절하였다. 도 1 (a)와 (b)의 장치(400)는 애노드 단의 전류를 일정하게 제어하기 위해 캐소드 단 전압(VC)를 조절하는 장치이다.
그러나, (1) 일반적으로 삼극 엑스레이 튜브(100)의 특성은, 제조 공정, 온도 , 전압에 따라 달라진다.
(2) 삼극 엑스레이 튜브(100)의 특성은 사용중에도 달라지는데, 장기적으로 사용시 같은 에노드 전류 얻기 위한 VGC 전압은 상승한다. 그리드 전압이 고정되어 있는 기존 장치의 경우 사용중 필요한 VGC 전압이 상승하면, 원하는 전류를 발생시킬 수 없게 된다.
(3) 또 사용중에 고전압 에노드 단을 통해 아킹(arcing, 방전)문제가 발생하기도 하는데, 이 경우 필요한 VGC 전압이 상당기간 갑자기 상승하기도 한다. 이러한 경우 기존 기술의 장치들은 엑스레이를 얻기 위한 전류를 발생시킬 수 없기 때문에 튜브(100)을 교체해야 하거나, 모든 경우를 고려해서 필요이상의 높은 그리드 전압을 사용해야 한다. 도 2를 참조하면, 그리드 전압, Vgrid = VGrid(0)+Vmargin로 정의될 수 있다. 이 경우 항상 과도한 Grid 전압을 사용해야 하므로 장비 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.
(4) 더욱이 최근 들어 엑스레이 튜브를 복수개를 사용하는 장치들이 제안되고 있는데, 복수 개의 엑스레이 튜브를 사용할 때 상기 문제는 복합적으로 나타나며 그 불량 수도 기하급수적으로 증가하게 된다.
본 발명은 엑스레이 튜브를 위한 전압 제어 장치 및/또는 이를 포함한 엑스레이 장치를 제안하고자 한다.
좀더 상세하게는, 엑스레이 튜브의 열화나 개별 특성에 최적화된 그리드 전압을 제어 및 제공하는 전압 제어 장치 및/또는 이를 포함한 엑스레이 장치를 제안하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 해결하고자 하는 과제들은 상기 해결하고자 하는 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
삼극 엑스레이 튜브에 인가되는 전압을 제어하는 장치가 제안되며, 상기 제어 장치는 상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서; 상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함할 수 있다.
삼극 엑스레이 튜브로 구동되는 엑스레이 장치가 제안되며, 상기 엑스레이 장치는 엑스레이를 발생하는 삼극 엑스레이 튜브; 상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서; 상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함할 수 있다.
복수의 삼극 엑스레이 튜브로 구동되는 엑스레이 장치가 제안되며, 상기 엑스레이 장치는 엑스레이를 생성하는 복수의 삼극 엑스레이 튜브; 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서; 상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함하고, 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각은 미리 설정된 순서에 따라 순차적으로 동작되며, 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각을 위한 게이트의 전압은 서로 독립적으로 설정될 수 있다.
상기 과제 해결방법들은 본 발명의 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 정상적인 엑스레이 발생 전류를 생성하기 위한 최적의 그리드 전압을 조절하고 공급할 수 있다.
또한, 본 발명은 엑스레이 튜브의 특성이 달라지거나, 사용에 따른 특성 변화가 발생한 경우더라도 정상적인 엑스레이 발생을 가능하고, 이에 따라 엑스레이 튜브의 수명을 연장하거나 더 긴 수명을 보장할 수 있다.
또한, 복수 개의 엑스레이 튜브가 사용되는 경우, 각 엑스레이 튜브의 특성에 맞게 개별적인 전압 제어 및 공급이 가능하다. 또한, 이에 따라 개별 엑스레이 튜브에 대한 특성 요구치를 엄격하게 제한할 필요가 없다. 결국엔, 엑스레이 장치의 생산성 또는 효용가치를 최대화할 수 있어 제품 경쟁력이 확보된다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치를 도시한다.
도 2는 삼극 엑스레이 튜브의 그리드 또는 게이트, 캐소드의 전압을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브의 그리드 또는 게이트, 캐소드의 전압을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드 전압 센서의 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드 전압 센서의 실시예를 도시한다.
도 7은 종래 기술에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브 구동을 위한 전압을 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치의 캐소드 전압 센서의 구성의 예를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브 구동을 위한 전압을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치(1)를 도시한다.
엑스레이 장치(1)는 엑스레이를 발생하는 삼극 엑스레이 튜브(100), 애노드 전압원(300), 애노드 전류, 캐소드 전류 또는 캐소드 전압을 제어하는 전류 제어기(400)를 포함할 수 있다. 전류 제어기(400)는 전류 제어기(420)와 전류 검출기(예컨대, 임피던스(저항))(430)를 제어하거나 검출 정보를 획득하기 위한 제어기(410), 전류 제어기(420) 및 전류 검출기(430)을 포함할 수 있다. 엑스레이 튜브(100)의 애노드, 그리고 그리드와 캐소드 사이의 전압 인가를 통해 전류(I_A)가 발생하는데, 전류 제어기(400)에서 전류를 제어하면 애노드로부터 흐르는 전류(I_A)의 양을 제어할 수 있다.
또한, 엑스레이 장치(1)는 기존의 엑스레이 장치와는 달리, 전압 센서(500), 전압 제어기(600), 가변 전압을 제공하는 전원(700)을 포함한다.
엑스레이 장치(1)를 동작시키기 위해 필요한 최소 그리드 전압(V_Grid(0))은 일정한 애노드 전류를 얻기 위한 그리드-캐소드 간 전압(V_GC)와 전류 제어기(400)가 정상적으로 동작할 수 있는 최소 캐소드 전압(V_C(min))에 의해 결정된다. 삼극 엑스레이 튜브(100)에서 일정한 애노드 전류를 발생시키기 위해 필요한 최소 그리드 전압(V_Grid(0))은 다음의 수학식으로 정리할 수 있다.
여기서, V_GC는 삼극 엑스레이 튜브(100)의 게이트-캐소드 간 전압 값이다. 도 4는 수학식 1에 따른 전압 관계를 도시한다.
일반적으로, 최소 캐소드 전압은 0.2 내지 수십 볼트(V) 정도이며, 이 값 이상의 전압이 인가되면 정상적으로 엑스레이 장치(1) 또는 삼극 엑스레이 튜브(100)가 동작한다. 즉, 전류 제어기(400)의 전류 제어를 통해, 캐소드의 전압을 제어하는 방식으로 삼극 엑스레이 튜브(100)의 ON/OFF를 제어한다.
본 발명은 일정한 애노드 전류를 얻기 위해, 삼극 엑스레이 튜브(100)의 게이트 전압(혹은 그리드 전압)을 조절가능하도록 제어하는 장치를 포함하며, 이는 전압 센서(500), 전압 제어기(600), 전원(700)으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 삼극 엑스레이 튜브(100)의 애노드 전류를 일정하게 유지하면서, 그리드(게이트) 전압을 최적 값 또는 최소 값으로 제어 또는 조절가능하다.
이하에서, 각 구성에 대해 좀더 상세하게 설명하도록 한다.
전압 센서(500)는 삼극 엑스레이 튜브(100)의 캐소드의 전압을 센싱한다. 또한, 전압 센서(500)는 센싱한 캐소드의 전압을 미리 설정된 범위 또는 비교가능한 범위에 속하는 전압(V_CO)으로 변환할 수 있다.
전압 제어기(600)는 센싱된 삼극 엑스레이 튜브(100)의 캐소드의 전압을 기초로 삼극 엑스레이 튜브(100)의 동작을 위한 게이트의 전압 생성을 위한 제어 신호를 생성한다. 전압 생성을 위한 제어 신호는 게이트의 전압을 제어하기 신호이며, 후술할 것처럼, 전원(700)으로 전달되어 전원(700)이 게이트 전압을 생성하도록 한다.
좀더 상세하게는, 전압 제어기(600)는 캐소드의 전압 또는 상기 변환된 전압(V_CO)을 미리 설정된 기준 전압(Vset)과 비교하여, 그 결과로서 삼극 엑스레이 튜브의 그리드 전압 또는 게이트의 전압을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 전압 제어기(600)는 캐소드의 전압 값 또는 이를 변환한 전압 값이 미리 설정된 값의 차이에 따라, 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압 생성을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
앞서 언급한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해서는 보통은 요구되는 VGC가 높아지는 상황이고, 이 상황에서는 캐소드 전압의 최소값을 유지하기 위해 게이트 전압을 높여야 하므로, 캐소드의 전압 값이나 이를 변환한 전압 값은 Vset보다 낮을 것이다. 따라서, 전압 제어기(600)는 캐소드의 전압 값이나 이를 변환한 전압 값이 Vset보다 작음에 따라, 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압 보상을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
좀더 구체적인 예로서, 전압 제어기(600)는 OP 앰프(610)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시된 것처럼, OP 앰프의 -단자에는 V_CO가 입력되고, +단자에는 Vset이 입력되어, V_CO와 Vset의 차이에 해당하는 값(이하, “전압 차이값”)이 OP 앰프의 출력단으로 출력된다. 상기 전압 차이값은 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압 제어 신호로 그대로 이용될 수 있고, 별도의 제어 신호 발생기(620)를 통해 제어 신호로 변환된 후, 제어를 위해 이용될 수 있다. 제어 신호 발생기(620)의 일 예로, PID(Proportional Integral Derivation) 제어기가 있을 수 있다. 제어 신호 발생기(620)의 출력 신호는 펄스 폭 변조 또는 펄스 주파수 변조된 신호일 수 있고, 디지털 신호 또는 아날로그 신호일 수도 있다.
전원(700)은 필요한 전압을 위한 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트로 입력되는 게이트 전압을 공급할 수 있다. 전원(700)은 제어 신호를 입력받아 출력 전압을 발생하는, DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다.
한편, 캐소드 전압(V_C)는 삼극 엑스레이 튜브(100)의 동작 특성에 따라 수십 볼트 내지 수 킬로볼트의 범위에 속할 수 있다. 이러한 범위의 전압 값은 전압 제어를 위한 장치(500, 600, 700)에 적용하기에는 너무 높다.
따라서, 캐소드 전압(V_C)은 미리 설정된 범위의 전압 값(V_CO)으로 변환될 수 있다. 이를 위한 다양한 방법을 도 5 내지 도 6을 통해 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드 전압 센서의 실시예를 도시한다.
도 5의 (a)는 캐소드 전압(V_C)이 특정 전압(V_limit)이상이면 특정 전압을 출력하고, 캐소드 전압(V_C)이 특정 전압보다 작으면 캐소드 전압(V_C)을 출력하는 전압 변환기(510)를 나타낸다. 전압 변환기(510)는 전압 센서(500)에 포함된다.
도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 구체적인 예를 나타낸다. 도 5의 (b)를 참조하면, 전압 변환기는 N-타입 모스펫(511)과 버퍼로 동작하는 OP 앰프(512)로 구성된다. N-타입 모스펫(511)의 게이트에 제한할 전압(V_clmap)를 인가하면, 다음의 수학식과 같이, 변환된 전압(V_CO)이 획득된다.
여기서, V_T는 N-타입 모스펫(511)의 문턱 전압으로서, N-타입 모스펫(511)의 ON/OFF 상태를 결정하는 게이트-소스 간 전압을 의미한다.
N-타입 모스펫(511)의 일반적인 특성에 대해 설명하도록 한다.
N-타입 모스펫(511)은 게이트-소스 간 전압(V_Clamp)에 따라 드레인 전류(I_D)가 변경되는 소자이며, 게이트-소스 간 전압이 V_T보다 작으면 N-타입 모스펫은 OFF되고 드레인 전류는 발생하지 않는다(즉, 오픈 상태). 이를 차단 영역이라 지칭한다.
게이트-소스 간 전압이 V_T보다 높아지면, 드레인-소스 간 전압 값과 게이트-소스 간 전압 값에 따라 드레인 전류가 흐르며 그 크기도 변한다.
드레인-소스 간 전압이 증가함에 따라, 드레인 전류가 증가하는 영역이 있는데 이를 비포화 영역이라 지칭하며, 이 영역에서 회로는 단락 상태가 된다. 이를 표현한 것이, 수학식 2 중 아래의 수식(VC < VClamp - VT, VCO = VC)이다.
드레인-소스 간 전압이 더 증가하여, 드레인-소스 간 전압이 게이트-소스 간 전압에서 V_T를 뺀 값이 되면, 핀치 오프 상태가 된다. 핀치 오프 상태부터는 게이트-소스 간 전압이 고정된 경우라면 드레인-소스 간 전압이 증가할수록 게이트-드레인 간 전압(Vgd=Vgs-Vds, Vgd는 게이트-드레인 간 전압, Vgs는 게이트-소스 간 전압, Vds는 드레인-소스 간 전압)이 작아지며, 결국 문턱 전압(V_T)에 도달하게 된다. 즉, 채널이 형성된 상태에서 게이트-드레인 간 전압이 문턱 전압이 되면, 드레인 근처에서 채널이 없어지며, 더 이상 드레인 전압은 드레인 전류의 변화에 영향을 주지 않게 된다. 핀치 오프 이후의 영역을 포화 영역이라 지칭한다.
포화 영역에서는 드레인 전류의 크기는 드레인-소스 간 전압 값에는 영향을 받지 않으며 게이트-소스 간 전압 값에만 영향을 받으며, 정전류의 특성을 갖는다.
결국엔, 본 발명 역시 게이트-소스 간 전압을 V_clamp로 고정시키므로, 센싱된 캐소드 전압(V_C)이 큰 값을 갖더라도, N-타입 모스펫(511)은 핀치 오프 내지는 포화 영역에서 동작할 것이므로, Vds=Vgs-Vgd가 성립하고, 모스펫의 등가회로 상 스위치는 개방 상태가 된다. 이에, 소스 전압에 대응하는 출력 전압(V_CO)는 수학식 2의 위 수식(VC ≥ VClamp - VT, VCO = VClamp - VT)처럼 획득될 수 있다.
요약하면, 도 5의 (b)의 전압 센서는, V_C가 상대적으로 작은 값이면, 이를 그대로 출력하도록 하며; V_C가 상대적으로 큰 값이면, 그 출력 값을 V_Clamp-V_T로 제한할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드 전압 센서의 실시예를 도시한다.
도 6의 (a)는 캐소드 전압(V_C)을 특정 비율(알파, α)로 감쇄하는 전압 변환기(520)를 도시한다. 도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 구체적인 예로서, 임피던스 또는 저항으로 구성된 전압 분배기(521)와 버퍼(522)로 구성된 전압 변환기를 도시한다.
도 6의 (b)에서, 알파(α)는 다음과 같다.
이처럼, 캐소드 전압(V_C)의 크기(레벨)에 따른 위험을 감소시키기 위해 다양한 전압 변환기가 적용될 수 있다. 도시된 전압 변환기의 구성에 본 발명은 제한되지 않는다.
한편, 엑스레이 장치는 일반적으로는 싱글 엑스레이 튜브를 구비하여 사용되었지만, 복수 개의 엑스레이 튜브의 사용이 점차 일반화될 것이다. 복수의 엑스레이 튜브를 사용하는 경우에 종래 방식에 따른 문제점과 이를 해결하는 방안에 대해서 설명하도록 한다.
도 7은 종래 기술에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브 구동을 위한 전압을 도시한다.
엑스레이 튜브의 특성은 일정한 전류를 발생시킬 때, 그리드(게이트)-캐소드 전압(VGC)로 나타난다. VGC 전압은 제조공정, 사용온도 및 사용전압에 따라 달라질 수 있고, 또 장기 사용시 열화에 의해 각각 달라질 수 있다. 엑스레이 튜브 장치의 특성이 다른 경우, 동일한 애노드 전류를 얻기 위해 VGC 전압을 다르게 인가해 줘야 한다. 도 7의 (a)는 특성이 다른 엑스레이 튜브(1, 2, …, N)을 어레이로 구성하여 사용하는 경우, 각 엑스레이 튜브가 정상 동작하기 위해 필요한 최소 그리드 전압(V_G1, V_G2, …, V_GN)을 도시한다. V_c(min)은 앞서 언급한 최소 캐소드 전압을 의미하며, 도면에서는 각 엑스레이 튜브에 대해 동일한 것으로 도시되었으나, 최소 캐소드 전압 역시 그리드-캐소드 전압과 마찬가지로 각 엑스레이 튜브 별로 달라질 수 있다.
종래에는 고정된 그리드 전압으로 복수 개의 엑스레이 튜브를 정상적으로 구동하기 위해서는, 필요한 최소 그리드 전압 중 가장 높은 전압(다시 말하면, 가장 특성이 나쁜 엑스레이 튜브의 그리드 전압)(도 7의 (a)에서는 V_G2)을 기준으로 설계해야 했고, 동작 중 열화 특성 변화 또는 주변 환경 변화까지 고러하여 전압 마진(V_G(margin))을 추가했어야 했다. 그 결과로, 도 7의 (a)에 나타낸 V_G(real)이 실제로 필요한 그리드 전압 값에 해당한다. 나노 튜브를 엑스레이 발생 장치로서 사용하게 된다면, V_G(margin)은 수백 볼트 내지 수천 볼트까지의 범위를 가질 수 있다.
도 7의 (b)는 그리드 전압을 V_G(real)로 고정했을 때, 실제 인가되는 전압을 나타냈다. 복수의 엑스레이 튜브가 어레이로 구성되어, 순차적으로 ON/OFF되는 시나리오를 가정하였으므로, 도 7의 (b)에서 V_GCi, V_Ci은 엑스레이 튜브 i가 ON되고, 나머지 엑스레이 튜브들은 OFF되는 경우의 엑스레이 튜브 i의 게이트-캐소드 전압, 그리고 캐소드 전압을 나타낸다. V_Cioff는 엑스레이 튜브 i가 OFF되는 경우의 V_GCi(게이트-캐소드 간 전압)를 나타낸다.
엑스레이 튜브에 인가되는 V_GCi는 전류 제어기(400)에 의해 제어되기 때문에, 실제 V_G(margin)에 의한 전압은 캐소드 전압(V_Ci)으로 나타낼 수 있다. 또한, 어레이의 엑스레이 튜브가 모두 오프인 경우, 캐소드 전압은 엑스레이 튜브를 오프시킬 수 있는 전압까지 상승한다.
도 7(a)와 (b)를 참조하여 설명한, 종래 기술은 고정된 높은 전압을 항상 사용하여 시스템 열화를 발생시킬 수 있고, 구동시스템의 효율도 나빠진다. 또한, 그리드 전압이 고정되어 있기 때문에 엑스레이 튜브 특성이 변한다면 더 이상 엑스레이 튜브를 구동하지 못하는 잠재적인 문제점이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치를 도시한다.
도 8의 엑스레이 장치(10)는 도 3의 장치(1)와 달리 복수 개의 엑스레이 튜브(1000)와 이를 위한 복수 개의 전압 센서(5100)를 포함하며, 모든 엑스레이 튜브가 OFF된 경우의 그리드 전압 제어 신호를 지원하기 위한 오프 제어 신호 생성 및 멀티플렉서(8000)를 더 포함한다. 도 8에 도시된 것과 달리, 복수 개의 엑스레이 튜브(1000)를 제외하고는 변형이 가능하다.
도 8의 엑스레이 장치(10)는 복수 개의 엑스레이 튜브(1000)의 캐소드 전압을 센싱하여 그리드 전압을 보상하기 위한 구성을 포함한다. 도 8은 복수의 엑스레이 튜브(1000)가 순차적으로 ON 되는 시나리오(즉, 한 순간에 최대 하나의 엑스레이 튜브만 ON될 수 있음)를 가정하여 그 구성을 도시한 것이다. 다른 가정의 시나리오를 위해 적어도 두 개의 엑스레이 튜브가 ON 될 수 있게 할 수 있고, 이를 위해서는 복수 개의 V_COi를 생성하기 위한 채널 선택 신호의 변형과, 이를 멀티플렉싱하기 위한 멀티플렉서(8000)의 변형이 필요하다.
이하에서는, 도 3의 장치(1)와 다른 부분을 위주로 복수 개의 엑스레이 튜브(1000)를 구동하는 엑스레이 장치(10) 에 대해 설명하도록 한다.
복수 개의 엑스레이 튜브(1000)는 복수 개의 엑스레이 튜브 모듈(1001)로 구성될 수 있다. 즉, 장치(10)는 복수 개의 엑스레이 튜브 모듈(1001), 전압 센서 듈(5000), 전압 제어기(6000) 및 오프 제어 신호/멀티플렉서(8000)를 포함한다.
엑스레이 튜브 모듈(1001)은 엑스레이 튜브(1000), 엑스레이 튜브(1000)의 캐소드에 연결되는 전류 제어기(4002) 및 전류 검출기(4003), 해당 엑스레이 튜브(1000)가 동작 중일 때 전류 제어기(4002) 및 전류 검출기(4003)를 제어기(4010)에 연결하기 위한 스위치(4001)를 포함할 수 있다. 액스레이 튜브(1000)의 애노드는 애노드 전압원(300)에 연결되며, 엑스레이 튜브(1000)의 게이트는 그리드 전압원(7000)에 연결된다. 애노드 전압원(300)과 그리드 전압원(7000)은 도 3과 동일하게 1개씩 구비된다.
스위치(4001)는 채널 선택 신호(CS)에 의해 개폐되며, 해당 엑스레이 튜브(1000)가 ON되는 경우에 스위치(4001)를 닫기 위한 채널 선택 신호(CS)가 입력 또는 수신된다. 채널 선택 신호(CS)는 각 엑스레이 튜브의 전류 제어기(4002)를 제어하기 위한 신호와 연관되며, 제어기(4010)에 의해 생성될 수 있다.
제어기(4010)는 도 3의 제어기(410)와 상응하며, 스위치(4001)를 통해 각 엑스레이 튜브(1000) 또는 각 엑스레이 튜브에 연결된 전류 제어기(4002) 및 전류 검출기(4003)에 연결될 수 있다.
전압 센서 모듈(5000)은 복수 개의 전압 센서(5100) 및 복수 개의 전압 센서 중 어느 하나와 선택적으로 연결되는 버퍼(5200)를 포함한다. 버퍼(5200)의 출력은 전압 제어기(6000)의 입력으로 연결된다.
복수 개의 전압 센서(5100)는 복수 개의 엑스레이 튜브(1000) 각각의 캐소드 전압을 센싱한다. 이 떄, 각 전압 센서(5100)는 동작 중인 엑스레이 튜브를 선택하기 위한 채널 선택 신호(CS)를 센싱하여, 각자가 캐소드 전압을 센싱하거나, 센싱된 캐소드 전압을 변환해야 하는지 여부를 인식 또는 판단할 수 있다. 동시에, 복수 개의 엑스레이 튜브 중 하나만이 ON되는 시나리오에서는 채널 선택 신호(CS) 역시 하나의 전압 센서(5100)를 선택 또는 ON하게 설정된다.
채널 선택 신호를 센싱한 전압 센서(5100)는 앞서 설명한 것처럼 V_C를 V_CO로 변환할 수 있다. 또한, 전압 센서(5100) 출력 단에는 V_C 또는 V_CO를 버퍼링된 전압으로 출력하기 위한 버퍼(5200)가 구비될 수 있다. 전압 센서(5100)의 구체적인 구성은 도 9에 도시된다. 도 9를 참조하면, 전압 센서(5100) 각각의 입력은 각각의 엑스레이 튜브(1000)의 캐소드에 연결되고; 전압 센서(5100) 각각의 출력은 서로 병렬 연결되어 버퍼(5200)의 입력으로 연결되도록 구성된다. 이러한 구체적인 전압 센서(5100)의 구성은 일 예일 뿐 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
전압 제어기(6000)는 버퍼링된 전압을 비교 전압(Vset)과 비교하여, 그 결과로서 삼극 엑스레이 튜브(1000)의 그리드 전압 또는 게이트 전압 제어 신호를 생성할 수 있다. 전압 제어기(6000)는 도 3의 전압 제어기(600)와 마찬가지로 OP 앰프(6010)와 제어 신호 발생기(6020)를 포함하는데, 상세한 설명은 생략하며 도 3의 전압 제어기(600)에 대한 설명을 참조하도록 한다.
오프 제어 및 멀티플렉서(8000)는 멀티플렉서(8100)와 오프 제어 신호 생성기(8200)를 포함할 수 있다.
멀티플렉서(8100)는 각 엑스레이 튜브가 동작하는 경우의 그리드 전압(V_Gi)를 위한 제어 신호와, 모든 엑스레이 튜브가 OFF되는 경우의 그리드 전압(V_Goff)를 위한 제어 신호를 멀티플렉싱할 수 있다. 모든 엑스레이 튜브가 OFF되는 경우의 그리드 전압(V_Goff)을 위한 제어 신호는 오프 제어기(8220)에 의해 생성된다.
오프 제어기(8200)는 채널 선택 신호(CS)에 따라 복수의 엑스레이 튜브 전부가 OFF되었을 때 필요한 전압을 생성 또는 고정하게 하는 오프 제어 신호를 생성할 수 있다.
오프 제어 및 멀티플렉서(8000)는 채널 선택 신호(CS)에 따라 선택된 V_COi에 기반한 전압 제어 신호(V_gctl)와, 오프 제어 신호를 멀티플렉싱하여 그리드 전원(7000)으로 입력한다.
모든 엑스레이 튜브가 OFF되는 경우의 그리드 전압(V_Goff)은 시간적으로 후행하는 엑스레이 튜브의 동작 시의 그리드 전압(V_Gi)과의 차이를 상대적으로 작게 하기 위한 전압 크기로 설정될 수 있다. 예를 들어, 1번 엑스레이 튜브가 ON되고 나서, 2번 엑스레이 튜브가 ON되는 시나리오를 고려해보면, 그리드 전원(7000)의 출력 전압은 V_G1에서 V_G2로 변하게 되며, V_G1과 V_G2와의 크기 차이가 클수록 변압을 위해 필요한 시간이 더 소요된다. 이러한 변압을 위한 시간을 줄이고자, V_Goff가 설정되며, V_Goff의 크기는 복수의 엑스레이 튜브의 ON/OFF 동작이 계속 반복됨에 따라 갱신될 수 있다. 예를 들어, 1회 주기에 모든 엑스레이 튜브의 ON/OFF가 한번씩 이루어진 경우, 2회 주기에 이용되는 V_Goff의 크기는 1회 주기의 V_Gi의 평균값에 기반할 수 있을 것이다.
한편, 모든 엑스레이 튜브가 OFF되는 경우의 그리드 전압은, V_Goff의 설정 없이, 직전에 동작된 엑스레이 튜브의 그리드 전압을 유지하도록 설정될 수도 있다.
그리드 전원(7000)은 각 엑스레이 튜브(1000) 또는 엑스레이 튜브 모듈(1001)의 그리드 전압을 공급하기 위해 연결되며, 오프 제어 신호 및 멀티플렉서(8000)에서 출력되는 제어 신호에 따라 그 출력 전압을 가변할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브를 구비한 엑스레이 장치의 캐소드 전압 센서의 구성의 예를 도시한다. 도시된 것은 전압 변환기(5110, 5120)로서 전압 센서(5100)에 포함될 수 있다.
전압 변환기(5110)는 도 5의 (b)의 전압 변환기와 대응하고, 전압 변환기(5120)는 도 6의 (b)의 전압 변환기와 대응한다. 전압 변환기(5110, 5120) 각각은 채널 선택 신호에 따라 스위치를 개폐하는 스위치(5112, 5122)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 동작 중인 엑스레이 튜브의 채널 선택 신호가 수신되면, 전압 변환기(5110, 5120)는 각각 N-타입 모스펫과 전압 분배기(5111, 5121)를 이용해 해당 엑스레이 튜브의 캐소드 전압(V_Ci)를 변환하여 변환된 전압(V_COi)을 출력할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브 구동을 위한 전압을 도시한다.
도 10을 참조하면, 도 7의 (b)와 다르게 복수의 엑스레이 튜브를 위한 그리드 전압이 가변하게 제공되는 것을 알 수 있다. 참고적으로, 어느 하나의 엑스레이 튜브가 동작되는 경우에, 모든 엑스레이 튜브에는 동일한 그리드 전압(V_Gi)가 인가된다. 단, 그리드 전압(V_Gi)은 도 3 또는 도 8의 전압 제어기를 통해, 어떤 엑스레이 튜브가 동작하는지에 따라 그 크기가 변경될 수 있다. 엑스레이 튜브의 ON/OFF는 엑스레이 튜브의 캐소드 전압으로 제어된다. 또한, 모든 엑스레이 튜브가 동작되지 않는 경우, 모든 엑스레이 튜브에는 동일한 그리드 전압(V_Goff)가 인가된다.
각 엑스레이 튜브가 OFF인 경우의 캐소드 전압(V_Coff)은 각 엑스레이 튜브의 물리적 특성이 기반하여 결정된다. 따라서, 도 10에서는 거의 동일하게 도시되었지만, 서로 독립적으로 그 크기가 결정될 수 있다.
엑스레이 장치(10)는 각 엑스레이 튜브의 동작 시의 캐소드 전압을 감지하고, 최소한의 캐소드 전압(V_C(min))을 유지할 수 있도록 그리드 전압(V_Gi)을 제공할 수 있도록 동작한다. 본 엑스레이 장치(10)를 이용하면, 복수 개의 특성이 다른 엑스레이 튜브를 사용하더라도 그리드 전압을 각 엑스레이 튜브를 위한 최적 값(동작할 수 있는 최소값)으로 유지할 수 있고, 동작 중 엑스레이 튜브가 열화되거나 환경 변화로 인해 특성이 변하더라도 변화된 특성에 맞는 최적 값의 그리드 전압을 조절할 수 있다.
아울러, 본 발명의 또다른 양태(aspect)로서, 앞서 설명한 제안 또는 발명의 동작이 "컴퓨터"(시스템 온 칩(system on chip; SoC) 또는 (마이크로) 프로세서 등을 포함하는 포괄적인 개념)에 의해 구현, 실시 또는 실행될 수 있는 코드 또는 상기 코드를 저장 또는 포함한 컴퓨터-판독가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 프로그램 제품(product) 등으로도 제공될 수 있고, 본 발명의 권리범위가 상기 코드 또는 상기 코드를 저장 또는 포함한 컴퓨터-판독가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 확장가능하다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims (16)

  1. 삼극 엑스레이 튜브에 인가되는 전압을 제어하는 장치에 있어서,
    상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서;
    상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함하는, 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 캐소드의 전압 또는 상기 캐소드의 전압에 대응하는 전압과 미리 설정된 기준 전압 값과의 차이에 따라 생성되는, 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 캐소드의 전압이 미리 설정된 기준 전압 값을 추종하도록 하는, 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전압 제어기는:
    상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 비교가능한 범위의 전압으로 변환하는, 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 삼극 엑스레이 튜브를 오프(OFF)하기 위해 상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드 전류를 제어하는 전류 제어기를 더 포함하는, 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전압 센서는:
    상기 캐소드의 전압을 미리 설정된 값 이하의 전압 또는 미리 설정된 배율로 감소시킨 전압으로 출력하기 위한 회로를 포함하는, 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전압 제어기는:
    복수 개의 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 위한 제어 신호를 생성하고,
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각은 미리 설정된 순서에 따라 순차적으로 동작되는, 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수 개의 삼극 엑스레이 튜브 각각의 게이트는 상기 전원의 출력단에 연결되는, 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각을 위한 게이트의 전압은 서로 독립적으로 설정되는, 제어 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전압 제어기는:
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 중 동작 중인 하나의 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 비교가능한 범위의 전압으로 변환하는, 제어 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 중 어느 하나의 동작을 위한 게이트의 전압을 위한 제어 신호와 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 모두를 오프하는 경우를 위한 게이트의 전압을 위한 제어 신호를 멀티플렉싱하는 멀티플렉서를 포함하는, 제어 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 모두를 오프하는 경우를 위한 미리 설정된 게이트의 전압을 위한 제어 신호를 생성하는 오프 제어기를 포함하는, 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 미리 설정된 게이트의 전압은 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브의 동작에 따라 갱신되는, 제어 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 전압 센서는 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센싱 회로를 포함하고,
    상기 전압 센싱 회로는 상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 중 하나를 선택하는 채널 선택 신호에 따라 선택된 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드 전압 또는 그에 대응하는 전압을 상기 전압 제어기로 전달하는, 제어 장치.
  15. 삼극 엑스레이 튜브로 구동되는 엑스레이 장치로서,
    엑스레이를 생성하는 삼극 엑스레이 튜브;
    상기 삼극 엑스레이 튜브의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서;
    상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함하는, 엑스레이 장치.
  16. 복수의 삼극 엑스레이 튜브로 구동되는 엑스레이 장치로서,
    엑스레이를 생성하는 복수의 삼극 엑스레이 튜브;
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각의 캐소드의 전압을 센싱하는 전압 센서;
    상기 센싱된 캐소드의 전압에 기초하여 상기 삼극 엑스레이 튜브의 동작을 위한 게이트의 전압을 보상하기 위한 제어 신호를 생성하는 전압 제어기; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 삼극 엑스레이 튜브의 게이트의 전압을 제어하는 전원을 포함하고,
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각은 미리 설정된 순서에 따라 순차적으로 동작되며,
    상기 복수의 삼극 엑스레이 튜브 각각을 위한 게이트의 전압은 서로 독립적으로 설정되는, 엑스레이 장치.
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