(57)【要約】  小型のｘ線源は、回路の低圧側および高圧側（２１、２３）の間に確実に電圧絶縁を提供しつつ、ＡＣ電力を回路の低圧側および高圧側（２１、２３）の間からｘ線管電子エミッタ（４３）に移送させる回路（１０）を含む。コンデンサ（１１、１２）は、回路の低圧側および高圧側の間に絶縁を提供することができる。ｘ線源（１１０）は、高圧発電機（６７）のコンデンサを利用して、電圧絶縁を提供することができる。小型のｘ線源（１１０）は、２つの交流電流源（１０４ａ、１０４ｂ）からの交流電流を電子エミッタ（４３）および高圧発電機（１０７）に移送する１つの変圧器コア（１０１）を含んでよい。小型のｘ線源（１２０）は、ｘ線源（４０）のシリンダ（４１）に設けられた高圧検知抵抗器（Ｒ１）を含んでよい。【選択図】図１
2013543218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ線源であって、
（ａ）ｘ線管であって、
ｉ．絶縁シリンダと、
ｉｉ．前記絶縁シリンダの一端に設けられたアノードと、
ｉｉｉ．前記アノードと反対側の、前記絶縁シリンダの他端に設けられたカソードと
を有するｘ線管と、
（ｂ）第一端と第二端とをもつ第１の抵抗器を有し、前記絶縁シリンダの上に設けられた絶縁材料のラインと
を備え、
（ｃ）前記第１の抵抗器の前記第一端は、前記アノードまたは前記カソードのいずれかに取り付けられており、
（ｄ）前記第１の抵抗器の前記第二端は、外部回路に接続されている、
ｘ線源。
【請求項２】
前記第１の抵抗器の一端から他端までの抵抗は、少なくとも１０メガオームである、請求項１に記載のｘ線源。
【請求項３】
前記第１の抵抗器は、前記絶縁シリンダの表面に塗布された誘電インクである、請求項１または２に記載のｘ線源。
【請求項４】
前記第１の抵抗器は、前記絶縁シリンダ上にジグザグのパターンに設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載のｘ線源。
【請求項５】
前記第１の抵抗器は、前記シリンダの周囲に巻かれる、請求項１から３のいずれか一項に記載のｘ線源。
【請求項６】
前記第１の抵抗器は酸化ベリリウムである、請求項１から５のいずれか一項に記載のｘ線源。
【請求項７】
前記ｘ線源は、
（ａ）前記第１の抵抗器に直列接続されている第２の抵抗器
をさらに備え、
（ｂ）前記第２の抵抗器は、前記第１の抵抗器の前記第二端に接続されており、
（ｃ）前記第２の抵抗器は、前記第１の抵抗器の抵抗よりも少なくとも１キロオーム低い抵抗を有し、
前記ｘ線源は、
（ｄ）前記第２の抵抗器に接続されて、前記第２の抵抗器の電圧を測定する電圧測定デバイス
もさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のｘ線源。
【請求項８】
前記ｘ線管の電圧は、公式
【数５】
2013543218.tif 000009
により計算され、
前記公式中、Ｖは前記ｘ線管の電圧であり、Ｖ２は前記第２の抵抗器の電圧であり、ｒ１は前記第１の抵抗器の抵抗であり、ｒ２は、前記第２の抵抗器の抵抗である、請求項７に記載のｘ線源。
【請求項９】
前記第２の抵抗器は、前記シリンダの表面に塗布された誘電インクである、請求項７または８に記載のｘ線源。
【請求項１０】
前記第２の抵抗器は、前記絶縁シリンダ上に設けられた絶縁材料のラインである、請求項７または８に記載のｘ線源。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
Ｘ線源等の一部の高圧デバイス（特に可搬型Ｘ線源）に望ましい特徴は、小型であるということである。Ｘ線源は、Ｘ線管と電源とからなる。電源内の変圧器および高圧感知抵抗器のせいで、電源が所望のサイズよりずっと大きくなってしまっている。
【０００２】
Ｘ線源は、管内電圧を検知するための高圧検知抵抗器を回路内に有する場合がある。Ｘ線管内の電圧は、１０から２００キロボルト程度と、非常に高いために、高圧検知抵抗器は、１０メガオームから１００ギガオームといった非常に高い抵抗を必要とする場合がある。高圧検知抵抗器は、面搭載型抵抗器であってもよく、その場合、一部の電源の、抵抗器材料を保持する基板の面は、１２ｍｍ×５０ｍｍ程度であってよい。特に小型で可搬型のｘ線管では、この抵抗器のサイズは、これらｘ線管の電源のサイズを小さくしようとしたとき、制約を課す要素となり望ましくない場合がある。
【０００３】
Ｘ線管は、低いバイアス電圧の交流電流（ＡＣ）からの交流電流信号を、フィラメント等のｘ線管電子エミッタ（フィラメント等）に、１０から２００キロボルト程度の非常に高い直流（ＤＣ）電圧またはバイアス電圧で転送することができる変圧器（「フィラメント変圧器」）を有してよい。交流電流が生じるホットフィラメント、および、フィラメントの、ｘ線管アノードに比べて高いバイアス電圧は、フィラメントからエレクトロンを放出させて、アノード方面に方向づける。ここに組み込まれる米国特許第７，８３９，２５４号明細書は、フィラメント変圧器の一種を開示している。
【０００４】
Ｘ線管はさらに、１０ボルト程度の低圧ＡＣを、より高い電圧ＡＣ（１キロボルト程度）にステップアップするための変圧器（「高圧変圧器」または「ＨＶ変圧器」と称される）を有してよい。この、より高い電圧のＡＣは、コッククロフト-ウォルトン（Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ−Ｗａｌｔｏｎ）倍増器等の高圧発電機に利用され、アノードに対するｘ線管フィラメントまたはカソードの非常に高いバイアス電圧（１０から２００キロボルト程度）を生成する。高圧変圧器およびフィラメント変圧器両方のサイズが、ｘ線源のサイズを小さくする際に制約を課す要素となりうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
より小さい、小型の高圧デバイス（たとえばｘ線源）を提供することができると有利であることが知られている。本発明は、より小さな、より小型のｘ線源を含む、より小型で、より小さい高圧デバイスに関している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、本発明は、ＡＣ電源と負荷との間に大きなＤＣ電圧差が存在するとき、回路の負荷にＡＣ電力を供給する回路に関している。電圧分離を行いつつ、負荷までＡＣ電源からＡＣ電力を効率的に運ぶために、コンデンサが利用される。ＤＣ電圧差は、少なくとも約１ｋＶであってよい。ｘ線源では、これらコンデンサでフィラメント変圧器を置き換えることができる。本発明は、小型で、より小さい高圧デバイス（たとえば小型で、より小さいｘ線源）を設ける需要を満たすことができる。
【０００７】
本発明は、（１）負荷がアノードから電気分離された電子エミッタであり、かつ、（２）電子エミッタとアノードとの間に非常に大きなＤＣ電圧差があるｘ線管で利用することができる。電子エミッタに供給されるＡＣ電力は、電子エミッタを加熱することができ、この加熱と、電子エミッタとアノードとの間の大きなＤＣ電圧差とにより、電子エミッタから電子が放出されて、アノードへ向かう。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、高圧発電機に対する入力に対して、電子エミッタまたはフィラメントの第１の交流電源を並列に接続することができるので、電圧分離のために、別の変圧器を利用するのではなく高圧発電機を利用することができるので、電子エミッタおよび高圧発電機について変圧器が１つしか必要ではなくなり、サイズおよびコストを低減させることができる。したがって高圧発電機のコンデンサは、電子エミッタまたはフィラメントの間を非常に高いＤＣ電圧で分離させ、低いＤＣ電位で電子エミッタまたはフィラメントの交流電源を分離させる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、２つの異なる回路が同じ変圧器のコアを利用することができるので、２つではなくて１つのコアを利用することで、サイズおよびコストの低減につながる。それぞれが異なる周波数を有することで、ある回路が他の回路に干渉することが避けられる。それぞれの入力回路は、出力回路の共振周波数と同じ程度の周波数を有することができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、高圧検知抵抗器を、ｘ線管のシリンダの上に直接配置することができる。ｘ線管のシリンダに高圧検知抵抗器を直接配置することで、この抵抗器がスペースをあまり必要としなくなり、ｘ線源の電源がより小型化される。検知抵抗器が達成することが見込まれるさらなる利点には、ｘ線管内の電界により生じた、ｘ線管シリンダの表面の静的電荷を除去する効果も挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における、負荷に交流電流を供給する回路の概略図であり、回路の負荷側に高圧ＤＣ電源がある。
【図２】本発明の一実施形態における、負荷に交流電流を供給する回路の概略図であり、回路のＡＣ電源側に高圧ＤＣ電源がある。
【図３】本発明の一実施形態における、負荷に交流電流を供給する回路の概略図であり、回路のＡＣ電源側と回路の負荷側との間に高圧ＤＣ電源が接続されている。
【図４】本発明の一実施形態における、負荷に交流電流を供給する回路を利用するｘ線管の側面断面の概略図を示している。
【図５】本発明の一実施形態におけるｘ線管の電子エミッタを加熱する方法を示すフローチャートである。
【図６】高圧倍増器を利用して、低いまたはゼロのバイアス電圧の交流電流源を、この交流電流源から給電されている、非常に高いバイアス電圧の負荷から分離させる電源の側面断面の概略図を示している。
【図７】高圧倍増器を利用して、低いまたはゼロのバイアス電圧の交流電流源を、この交流電流源から給電されている、非常に高いバイアス電圧の電子エミッタから分離させる電源の側面断面の概略図を示している。
【図８】コッククロフト-ウォルトン倍増器の側面断面の概略図を示している。
【図９】高圧発電機に交流電流を供給する交流電源とステップアップ変圧器との側面断面の概略図を示している。
【図１０】２つの回路が同じ変圧器コアを利用するマルチチャネル変圧器の側面断面の概略図を示している。
【図１１】２つの回路が同じ変圧器コアを利用するマルチチャネル変圧器の側面断面の概略図を示しており、この２つの回路の一方はｘ線管電子エミッタに給電するために利用され、他方は高圧発電機に給電するために利用される。
【図１２】本発明の一実施形態における、高圧検知抵抗器として利用される第１の抵抗器の複数の巻線を有するｘ線管シリンダの側面断面の概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態における、高圧検知抵抗器として利用されるジグザグ形状のパターンのシリンダに配置されるｘ線管シリンダおよび第１の抵抗器の側面断面の概略図を示す。
【図１４】本発明の一実施形態における、高圧検知抵抗器として利用される第１の抵抗器、および、電圧降下が測定された第２の抵抗器の複数の巻線を有するｘ線管シリンダの側面断面の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書および添付請求項では、以下のように用語を定義する。ここで利用される「実質的に」という用語は、動作、特性、特徴、状態、構造、項目、または結果の範囲または程度が完全、またはほぼ完全であることを意味している。たとえば対象物が「実質的」に含まれるということは、その対象物が、完全に含まれている、またはほぼ完全に含まれていることを意味している。完全な完全度から逸脱が許される正確な程度は、文脈に応じて場合によって変わる。しかし一般的には、完全の度合いは、全体的結果が完全なまたは全体的な完全性が得られた場合と同程度であることを示す。「実質的に」という用語は、動作、特性、特徴、状態、構造、項目、または結果が完全に、またはほぼ完全にない場合のような否定的文脈場合にも利用可能である。ここで利用される「約」は、任意の値がある端点より「少し上」または「少し下」であることを表現する場合に、数値的な範囲の端点に対する柔軟性を与えるために利用される。ここで利用される「コンデンサ」という用語は、１つのコンデンサまたは複数のコンデンサが直列接続されているケースを含む。「高圧」または「より高い電圧」という用語は、電圧のＤＣ絶対値を示す。たとえば、−１ｋＶおよび＋１ｋＶは、両方とも、−１Ｖまたは＋１Ｖに対して「高圧」とみなすことができる。別の例としては、−４０ｋＶが、０Ｖ「より高い」電圧とみなされてよい。「低圧」または「より低い電圧」という用語は、電圧のＤＣ絶対値を示す。たとえば、−１ｋＶおよび＋１ｋＶは、両方とも、−１Ｖまたは＋１Ｖに対して「低圧」とみなすことができる。別の例としては、＋１ｋＶが、４０Ｖ「より低い」電圧とみなされてよい。
【００１３】
図面に示される実施形態について説明するが、ここでは同じことを記載するために特定の言語が利用される。しかし、本発明の限定は意図されていないことに留意されたい。ここで記載される本発明の特徴の変更および修正、本発明の原理に対するさらなる用途が、当業者には自明であり、本開示が含むような本発明の特徴のさらなる変形、および、本発明の原理のさらなる用途は、本発明の範囲内のものである。
【００１４】
＜高ＤＣ電圧差におけるコンデンサのＡＣ電力結合＞
図１で、概して１０で表されている、ＡＣ電力を負荷１４に供給する回路１０が、第１の接続１３ａおよび第２の接続１３ｂを有するＡＣ電力源１３、第１の接続１１ａおよび第２の接続１１ｂを有する第１のコンデンサ１１、および、第１の接続１２ａおよび第２の接続１２ｂを有する第２のコンデンサ１２を有している。ＡＣ電源１３ａの第１の接続は、第１のコンデンサ１１ａの第１の接続に接続されている。ＡＣ電源１３ｂの第２の接続は、第２のコンデンサ１２ａの第１の接続に接続されている。ＡＣ電源１３、ＡＣ電源１３ａ―ｂの第１および第２の接続、および、第１のコンデンサ１１ａ上の第１の接続、および、第２のコンデンサ１２ａの第１の接続が、回路の第１の電圧側２１を構成している。
【００１５】
負荷にＡＣ電力を供給する回路１０は、さらに、第１の接続１４ａおよび第２の接続１４ｂを有する負荷１４を含む。第１のコンデンサ１１ｂの第２の接続は、負荷１４ａの第１の接続に接続されており、第２のコンデンサ１２ｂの第２の接続は、負荷１４ｂの第２の接続に接続されている。負荷１４、負荷１４ａ―ｂの第１および第２の接続、第１のコンデンサ１１ｂの第２の接続、ならびに、第２のコンデンサ１２ｂの第２の接続が、回路の第２の電力側を構成している。
【００１６】
第１および第２のコンデンサ１１、１２が、回路の第１の電圧側２１と第２の電圧側２３との間をそれぞれ電圧分離している。高圧ＤＣ源は、回路の第１の電圧側２１と第２の電圧側２３との間に、少なくとも１ｋＶのＤＣ電圧差を提供することができる。
【００１７】
図１に示すように、高圧ＤＣ電源１５を回路１０の第２の電圧側２３に電気的に接続することで、回路の第２の電圧側が、回路の第１の電圧側２１よりも実質的に高い電圧を有するようにしてもよい。逆に、図２に示すように、高圧ＤＣ電源１５が、回路２０の第１の電圧側２１に電気的に接続されて、回路の第１の電圧側が、回路の第２の電圧側２３よりも実質的に高い電圧を有するようにしてもよい。図３に示すように、高圧ＤＣ電源１５は、回路３０の第１の２１および第２の２３電圧側の間に電気的に接続されて、回路の２つの側の間に大きなＤＣ電位を提供してもよい。
【００１８】
回路の第１の電圧側２１と第２の電圧側２３との間のＤＣ電圧差は、実質的に１ｋＶより大きくてよい。たとえば回路の第１および第２の電圧側の間のＤＣ電圧差は、たとえば、約４ｋＶより大きかったり、約１０ｋＶより大きかったり、約２０ｋＶより大きかったり、約４０Ｖより大きかったり、約６０ｋＶより大きかったりしてよい。
【００１９】
ＡＣ電源１３は、少なくとも約０．１ワット、少なくとも約０．５ワット、または、少なくとも約１０ワットの電力を負荷に送ることができてよい。
【００２０】
図１から図３に示すような回路が、可搬型道具への用途のような場合、小さな空間に収まる必要がある場合がある。このような場合には、コンデンサの物理的な大きさが小さいと好適である。低いキャパシタンスＣのコンデンサは、通常物理的な大きさが小さい。しかし、小さいキャパシタンスのコンデンサを利用すると、容量リアクタンスＸｃが増加する可能性がある。コンデンサのキャパシタンスＣが低いことによる容量リアクタンスＸｃの増加は、ＡＣ電源が供給する周波数ｆを増加させることで補うことができ、これは以下の公式で示される。
【数１】
2013543218.tif 000003
【００２１】
本発明の選択された実施形態では、第１および第２のコンデンサのキャパシタンスは、約１０ｐＦより大きくてもよいし、約１０ｐＦから約１μＦの間の範囲であってもよい。本発明の選択された実施形態では、交流電流を回路１０に少なくとも約１ＭＨｚ、少なくとも約５００ＭＨｚ、または少なくとも約１ＧＨｚの周波数ｆで回路１０に供給することができる。
【００２２】
たとえばキャパシタンスＣが５０ｐＦで、周波数ｆが１ＧＨｚである場合、容量リアクタンスＸｃは約３．２である。本発明の選択された実施形態では、第１のコンデンサ１１の容量リアクタンスＸｃは、０．２から１２オームの範囲であってよく、第２のコンデンサ１２の容量リアクタンスＸｃは、０．２から１２オームの範囲であってよい。
【００２３】
特に、非常に高い電圧用途では、２以上の直列コンデンサを利用すると好適だろう。直列接続するコンデンサの数を決定する場合には、製造コスト、コンデンサのコスト、および、回路の物理的なサイズの制約を考慮するとよいだろう。このようにして、第１のコンデンサ１１が、少なくとも２つの直列接続されたコンデンサを含み、第２のコンデンサ１２が少なくとも２つの直列接続されたコンデンサを含むようにしてよい。
【００２４】
一実施形態では、回路１０内の負荷１４が、ｘ線管のフィラメント等の電子エミッタであってよい。
【００２５】
図１から図３に示し、上述した、負荷１４にＡＣ電力を供給する回路１０、２０、３０は、図４に示すようにｘ線管４０で利用することができる。ｘ線管４０は、真空誘電管４１と、真空誘電管４１の端部に設けられたアノード４４とを含んでよい。アノードは、電子の衝撃を受けてｘ線を生じる材料（銀、ロジウム、タングステン、またはパラジウム等）を含んでよい。ｘ線管はさらに、アノード４４とは反対の、真空誘電管４１の端部に設けられたカソード４２を含む。カソードは、アノード４４とカソード４２との間の電界に呼応してアノード４４に向かって加速されうる電子を生成する電子エミッタ４３（たとえばフィラメント）を含むことができる。
【００２６】
電源４６は、アノード４４、カソード４２、および電子エミッタ４３に電気的に連結されてよい。電源４６は、図１から図３に示すように、電子エミッタを加熱するために、電子エミッタ４３にＡＣ電力を供給するＡＣ電源を含んでよい。電源４６は、さらに、回路の少なくとも一端に接続された高圧ＤＣ電源を含むことで、（１）回路の第１および第２の電圧端部の間のＤＣ電圧差、（２）アノード４４とカソード４２との間の電界を提供する。回路の第１および第２の電圧端部の間のＤＣ電圧差は、図１から図３に示し、上述したように提供されてよい。
【００２７】
したがって、コンデンサ１１から１２が、ｘ線源のフィラメント変圧器等の変圧器を置き換えることができる。本発明は、小型でより小さいｘ線源といった、小型でより小さい高圧素子の提供という要求を満たすことができる。
【００２８】
＜負荷にＡＣ電力を供給する方法＞
本発明の別の実施形態において、ＡＣ電力を負荷１４に供給する方法５０を開示する（図５のフローチャート参照）。方法は、ＡＣ電源１３から負荷１４への容量連結５１を含んでよい。高圧ＤＣ電源１５は、負荷１４またはＡＣ電源１３のいずれかに連結され５２、少なくとも１ｋＶのＤＣバイアスを負荷１４とＡＣ電源１３との間に供給することができる。選択された周波数および電力の交流電流を、ＡＣ電源１３から負荷１４へと、容量連結により方向づけることができる。
【００２９】
ＤＣ電源１５は、負荷１４と、１ｋＶより実質的に高いＡＣ電源１３との間のＤＣ電圧差を提供することができる。ＤＣ電圧差は、たとえば、約４ｋＶより大きかったり、約２０ｋＶより大きかったり、約４０ｋＶより大きかったり、または、約６０ｋＶより大きかったりしてよい。
【００３０】
本発明の様々な実施形態では、負荷１４に送られる電力は少なくとも約０．１ワット、少なくとも約０．５ワット、少なくとも約１ワット、少なくとも約１０ワットであってよい。本発明の様々な実施形態では、ＡＣ電源１３を、１つのコンデンサまたは複数の直列コンデンサで負荷１４に容量連結してもよい。コンデンサまたは直列接続されたコンデンサのキャパシタンスは、約１０ｐＦより大きくてもよいし、約１０ｐＦから約１μＦの間の範囲であってもよい。本発明の実施形態では、選択する周波数が、少なくとも約１ＭＨｚ、少なくとも約５００ＭＨｚ、または少なくとも約１ＧＨｚであってよい。
【００３１】
上述した方法では、負荷１４に連結されているＡＣ電力を、負荷１４を加熱するために利用することができる。負荷１４は、ｘ線管電子エミッタであってよい（たとえばフィラメント）。
【００３２】
＜ＨＶ倍増器のコンデンサが駆動する負荷＞
図６では、電源６０は、第１のコンデンサ６１ａと直列接続されている第１の交流電流源６４ａを含んでいる。第１の交流電流源６４ａは、第１の振幅または約１０ボルトのピーク電圧で動作するように構成されていてよい。一実施形態では、第１の振幅は、約２０ボルト未満であってよい。第１の交流電流源６４ａは０のバイアス電圧を有して、たとえば電圧を約＋１０と−１０ボルトの間で交互させることができてよい。第１の交流電流源６４ａは、第１の周波数で動作するよう構成されてよい。一実施形態では、第１の周波数を、約１０メガヘルツより大きい値とすることもできる。別の実施形態では、第１の周波数を、約１００メガヘルツより大きい値とすることもできる。
【００３３】
電源６０はさらに、第１の交流電源６４ａおよび第１のコンデンサ６１ａと並列接続された第２の交流電源６４ｂを含む。第２の交流電流源６４ｂは、第２の振幅または約１００ボルトのピーク電圧で動作するために構成されてよい。一実施形態では、第２の振幅は、約１キロボルトＤＣを超える値であってよい。第２の交流電流源６４ｂは０のバイアス電圧を有して、たとえば電圧を約＋１００と−１００ボルトの間で交互させることができてよい。第２の交流電流源６４ｂは、第２の周波数で動作するよう構成されてよい。一実施形態では、第２の周波数を、約１０キロヘルツから約１０メガヘルツの間の値とすることができる。
【００３４】
電源６０はさらに、低い電圧端６２の２つの接続点と、高い電圧端６３の２つの接続点とを有する高圧発電機６７を含む。高圧発電機６７は、低い電圧端と高い電圧端との電圧差を、約１０キロボルトを超える値とすることができる。第１の交流電流源６４ａおよび第１のコンデンサ６１ａ、並びに、第２の交流電流源６４ｂは、高圧発電機６７の低圧端の２つの接続点６２に並列接続されてよい。
【００３５】
電源はさらに、高圧発電機６７の高圧端の２つの接続点６３と並列接続された負荷６６も含む。第２のコンデンサ６１ｂは、負荷４６と直列接続されてよい。
【００３６】
一実施形態では、第１の周波数が、第２の周波数の少なくとも３倍以上大きい値を有することができる。別の実施形態では、第１の周波数が、第２の周波数の少なくとも１０倍以上大きい値を有することができる。第１および第２の周波数の間の差を非常に大きくすると望ましい。第２の周波数を比較的低くすると、第１のコンデンサ６１ａおよび第２のコンデンサ６１ｂにおける、第２の交流電流源６４ｂからの交流電流に対するインピーダンスを高くすることができる。これにより、第１の交流電流源６４ａと負荷６６とに対する、高い振幅の第２の交流電流源６４ｂの影響を最小限に抑えることができるようになる。第１の周波数を上げることで、第１の交流電流源からの交流電流が第１のコンデンサ６１ａと第２のコンデンサ６１ｂとを通過するときの電圧降下を小さくすることができる。
【００３７】
一実施形態では、第２の振幅が、第１の振幅より少なくとも３倍大きい値であってよい。別の実施形態では、第２の振幅が、第１の振幅より少なくとも１０倍大きい値であってよい。第１の交流電流源６４ａからの交流電流はｘ線管フィラメントの加熱に利用可能であり、この用途にはより低い振幅（たとえば約１０ボルト）で十分なことから、第１の振幅は低くすると望ましいだろう。さらに、第１の振幅を低くすると、第１の交流電流源６４ａから高い電圧発電機６７への影響を最小限にすることができる。第２の交流電流源６４ｂからの交流電流は、高圧発電機６７で高いバイアス電圧を生成するために利用されることから、この用途には、より高い振幅（たとえば約１００ボルトを超える値）が必要だろう。
【００３８】
図７に示すように、前述した電源６０は、ｘ線源７０に給電するために利用することができる。ｘ線源７０は、絶縁シリンダ４１、絶縁シリンダ４１の一端に設けられたアノード４４、および、アノードと反対側の絶縁シリンダの一端に設けられたカソード４２を含んでよい。カソードは、フィラメント等の電子エミッタ４３を含んでよい。電子エミッタ４３および第２のコンデンサ６１ｂは、互いに直列接続され、高圧発電機６７の高圧端部の接続点６３には並列接続されてよい。アノードは電気的に接地されてよい７２。第１の交流電流源６４ａは、電子エミッタ４３に交流電流および電力を駆動することができる。第２の交流電流源６４ｂは、高圧生成機６７で高圧を生成することができ、約１０キロボルトを超える電圧差をアノード４４よびカソード４２との間に生じさせることができる。カソード４２およびアノード４４の間の電圧差と、電子エミッタ４３の交流電流とによって、電子エミッタ４３から電子が放出されて、アノード４４方面へと方向づけられる。
【００３９】
図８に示すように、高圧発電機６７は、コッククロフト‐ウォルトン倍増器８０であってよい。コッククロフト‐ウォルトン倍増器８０のダイオードＤ１−１１は、約１０ボルトを超える順方向電圧を有することができる。ダイオードＤ１−１１の順方向電圧は、第１の振幅より高くすることで、第１の交流電流源６４ａからの交流電流によって、これらダイオードＤ１−１１を通過する電流が実質的にないようにする。
【００４０】
図９に示すように、第２の交流電流源６４ｂは、ステップアップ変圧器９２の入力巻線９４に直列接続された交流電流源９１を含んでよい。ステップアップ変圧器９２の出力巻線は、接続点９３ａ−ｂで、第１の交流電流源６４ａおよび第１のコンデンサ６１ａに並列接続されてよい。一実施形態では、この構成によって、約１０ボルトの振幅のＡＣを供給できる交流電流源９１をステップアップ変圧器とともに利用することで、高圧発電機６７に、約１００から１０００ボルトの振幅の交流電流を供給することができるようになる。
【００４１】
第１および第２のコンデンサのキャパシタンスは、電力損失を低くするためにはキャパシタンスを高くするほうが望ましいことと、物理的サイズを小さくしたり、コストを低くするためにはキャパシタンスを低くすることが望ましいこととの間のバランスをとるように選択することができる。たとえば、第１のコンデンサ６１ａは、約１０ピコファラドと約１０マイクロファラドとの間のキャパシタンスを有することができ、第２のコンデンサ６１ｂは、約１０ピコファラドと約１０マイクロファラドとの間のキャパシタンスを有することができる。
【００４２】
＜マルチチャネルの変圧器＞
図１０では、マルチチャネル変圧器１００は、少なくとも２つの入力回路１０２ａ−ｂおよび少なくとも２つの出力回路１０２ｃ−ｄを有する１つの変圧器コア１０１を含む。
【００４３】
第１の入力回路１０２ａは、変換器コア１０１のまわりに少なくとも一重巻かれており１０３ａ、第１の周波数Ｆ１の交流電流信号を搬送するよう構成されていてよい。第１の出力回路１０２ｃは、第１の出力巻線１０３ｃを含む。第１の出力巻線１０３ｃは、変換器コア１０１のまわりに少なくとも一重巻かれていてよい。
【００４４】
第２の入力回路１０２ｂは、変換器コア１０１のまわりに少なくとも一重巻かれており１０３ｂ、第２の周波数Ｆ２の交流電流信号を搬送するよう構成されていてよい。第２の出力回路１０２ｄは、第２の出力巻線１０３ｄを含む。第２の出力巻線１０３ｄは、変換器コア１０１のまわりに少なくとも一重巻かれていてよい。
【００４５】
第１の出力回路１０２ｃは、第１の周波数Ｆ１と同じ程度であってよい共振周波数を有する。第２の出力回路１０２ｄは、第２の周波数Ｆ２と同じ程度であってよい共振周波数を有する。２つの出力回路１０２ｃ−ｄの間に実質的に異なる共振周波数を生じさせる回路設計によって、（１）第１の入力回路１０２ａにより、第２の入力回路１０２ｂからの電流流出を最小限に抑えて、第１の出力回路１０２ｃに電流を引き起こさせ、（２）第２の入力回路１０２ｂに、第１の入力回路１０２ａからの電流流出を最小限に抑えて、第２の出力回路１０２ｄに電流を引き起こさせることができる。たとえば第１の周波数Ｆ１は、第２の周波数Ｆ２より１０倍以上大きな値であってよい（Ｆ１≧１０×Ｆ２）。第１の周波数Ｆ１は、第２の周波数Ｆ２より少なくとも約１０倍から１０００倍大きな値であってよい。代わりに、第２の周波数Ｆ２が、第２の周波数Ｆ１より１０倍以上大きな値であってもよい（Ｆ２≧１０×Ｆ１）。第２の周波数Ｆ２が、第１の周波数Ｆ１より約１０倍から１０００倍大きな値であってもよい。交流電流源１０４ａ−ｂは、所望の周波数の交流電流を供給することができる。
【００４６】
一実施形態では、第１の出力回路１０２ｃの共振周波数が、約１メガヘルツから約５００メガヘルツの間であってよく、第２の出力回路１０２ｄの共振周波数が、約１０キロヘルツから約１メガヘルツの間であってよい。別の実施形態では、第２の出力回路１０２ｄの共振周波数が、約１メガヘルツから約５００メガヘルツの間であってよく、第１の出力回路１０２ｄの共振周波数が、約１０キロヘルツから約１メガヘルツの間であってよい。
【００４７】
第１の出力回路１０２ｃは、さらに、第１の出力巻線１０３ｃと並列の、第１の出力キャパシタンスＣｏ１を有する第１の出力回路コンデンサ１０５ｃを含んでよい。第１の出力巻線１０３ｃは、第１の出力インダクタンスＬｏ１を含んでよい。第２の出力回路１０２ｄは、さらに、第２の出力巻線１０３ｄと並列の、第２の出力キャパシタンスＣｏ２を有する第２の出力回路コンデンサ１０５ｄを含んでよい。第２の出力巻線１０３ｄは、第２の出力インダクタンスＬｏ２を含んでよい。第１の入力回路１０２ａからの第２の出力回路１０２ｄへの電流の誘引を最小限にするため、および、第２の入力回路１０２ｂからの第１の出力回路１０２ｃへの電流の誘引を最小限にするために、第１の出力キャパシタンスおよび第１の出力インダクタンスの積の逆平方根は、第２の出力キャパシタンスおよび第２の出力インダクタンスの逆平方根と等しくしない。
【数２】
2013543218.tif 000004
【００４８】
第１の周波数Ｆ１は、以下の通りである。
【数３】
2013543218.tif 000005
第２の周波数Ｆ２は、以下の通りである。
【数４】
2013543218.tif 000006
【００４９】
第１の出力回路１０２ｃは、負荷１０６に給電することができる。第２の出力回路は、高圧発電機１０７に給電することができる。高圧発電機１０７からの高いＤＣ電位によって、第１の出力回路１０２ｃの負荷１０６の交流電流信号に高いＤＣ電位を供給することができる。抵抗器１０８は、高圧発電機１０７と第１の出力回路１０２ｃとの間の接続に利用することができる。この実施形態およびその他の実施形態では、高圧発電機１０７が、コッククロフト‐ウォルトン倍増器８０であってよい（図８参照）。
【００５０】
上述したマルチチャネル変圧器１００の様々な実施形態は、図１１に示すようなｘ線源１１０で利用可能である。ｘ線源１１０は、マルチチャネル変圧器１１０とｘ線管４０とを含んでよい。ｘ線管４０は、絶縁シリンダ４１、絶縁シリンダ４１の一端に設けられたアノード４４、および、アノードと反対の、絶縁シリンダ４１の端部に設けられたカソード４２を含んでよい。カソード４２は、フィラメント等の電子エミッタ４３を含んでよい。
【００５１】
第１の出力回路１０２ｃは、電子エミッタ４３に交流電流信号を供給してよい。第２の出力回路１０２ｄは、交流電流を高圧発電機１０７に供給することができる。高圧発電機１０７は、高いＤＣ電位を生成することができる。高いＤＣ電位は、第１の出力回路１０２ｃに接続することができ、これにより、非常に高いＤＣバイアスをフィラメントに提供しつつ、同時に、電子エミッタ４３から交流電流を提供することができる。アノード４４は、接地７２に接続されてよい。
【００５２】
少なくとも１０キロボルトの電圧差が、アノード４４とカソード４２との間に存在してよい。アノード４４とカソード４２との間の電圧差がこのように大きいこと、かつ、電子エミッタ４３内の交流電流からの熱によって、電子エミッタ４３が電子を放出して、アノード４４方面に方向づけられる。
【００５３】
＜高圧検知抵抗器＞
図１２では、ｘ線源１２０は、ｘ線管４０と、絶縁材料のラインとを含むよう示されており、第１の抵抗器Ｒ１を含んでいる。ｘ線管は、絶縁シリンダ４１、絶縁シリンダの一端に設けられたアノード４４、および、アノード４４とは反対の、絶縁シリンダ４１の端部に設けられたカソード４２を含んでよい。第１の抵抗器Ｒ１は、アノード４４またはカソード４２のいずれかに取り付けられた第一端１２４を有し、外部回路に接続される第二端１２５を有してよい。図１２では、第１の抵抗器Ｒ１の第一端１２４が、カソード４２に取り付けられているとして示されている。図１３では、第１の抵抗器Ｒ１の第一端１２４が、アノード４４に取り付けられているとして示されている。ここに示すすべての実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１の第一端１２４は、カソード４２またはアノード４４のいずれかに取り付けられてよい。
【００５４】
第１の抵抗器Ｒ１の一端から他端への抵抗ｒ１は非常に大きくなる可能性がある。一実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１の一端から他端への抵抗ｒ１は、少なくとも約１０メガオームであってよい。別の実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１の一端から他端への抵抗ｒ１は、少なくとも約１ギガオームであってよい。別の実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１の一端から他端への抵抗ｒ１は、少なくとも約１０ギガオームであってよい。別の実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１の一端から他端への抵抗ｒ１は、少なくとも約１００ギガオームであってよい。
【００５５】
第１の抵抗器Ｒ１は、シリンダ４１の周囲に巻かれてよい（例えば図１２では４巻されている）。一実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１が、少なくともシリンダ４１の周囲に１巻されていてもよい。別の実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１が、シリンダ４１の周囲に少なくとも２５巻されていてもよい。
【００５６】
第１の抵抗器Ｒ１は、高圧用途に必要となる高い抵抗を提供する任意の電気的絶縁材料であってよい。一実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１は、シリンダ４１の表面に塗布された誘電インクである。ニューヨーク州Ｈｏｎｅｏｙｅ  ＦａｌｌｓのＭｉｃｒｏＰｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社は、シリンダ状のオブジェクトの表面に絶縁材料を細線状に塗布する技術を持っている。ｘ線管４０のシリンダ４１を、旋盤状の道具の上で回転させ、絶縁材料を、シリンダ４１の外部の上に線状に塗布することができる。
【００５７】
図１２では、第１の抵抗器Ｒ１の第二端１２５を、第２の抵抗器Ｒ２に取り付け、２つの抵抗器を直列に接続することができる。電圧ΔＶは、第２の抵抗器Ｒ２を通って接続される電圧測定デバイスによって、第２の抵抗器Ｒ２経由で、以下の公式により計算することができる。
【数５】
2013543218.tif 000007
この公式中、Ｖはｘ線管４０の電圧であり、Ｖ２は第２の抵抗器Ｒ２の電圧であり、ｒ１は第１の抵抗器Ｒ１の抵抗であり、ｒ２は、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗である。
【００５８】
第２の抵抗器Ｒ２の抵抗は、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗より低い。一実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗ｒ２は、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗ｒ１よりも少なくとも１キロオーム低い。別の実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗ｒ２は、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗ｒ１よりも少なくとも１メガオーム低い。一実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２が、約１メガオーム未満の抵抗ｒ２を有してよい。別の実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２が、約１キロオーム未満の抵抗ｒ２を有してよい。別の実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２が、約１００オーム未満の抵抗ｒ２を有してよい。
【００５９】
第１の抵抗器Ｒ１は、シリンダのまわりに巻かれる必要はなく、一端から他端へ必要な抵抗が得られる限り、シリンダに任意の所望の形状で設けられてよい。たとえば図１３では、第１の抵抗器Ｒ１が、絶縁シリンダ４１の上にジグザグのパターンで設けられている。
【００６０】
図１４では、第１の抵抗器Ｒ１同様に、第２の抵抗器Ｒ２が、シリンダ４１の上に設けられてよい。一実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２は、シリンダ４１に少なくとも１巻されてよい。別の実施形態では、第２の抵抗器Ｒ２は、シリンダ４１の上に、ジグザグのパターンまたはその他の任意のパターンで配置されてよい。第２の抵抗器Ｒ２は、シリンダ４１の表面の上に塗布された誘電インクであってもよい。
【００６１】
一実施形態では、第１の抵抗器および／または第２の抵抗器が、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）（ベリリアとしても知られている）を含むことができる。酸化ベリリウムは、高い熱伝導性のために有用であるので、抵抗器において、より均一な温度勾配を提供することができる。
【００６２】
第２の抵抗器Ｒ２の一端は接地または任意の参照電圧に接続されてよく、他端が第１の抵抗器Ｒ１に接続されてよい。
【００６３】
ｘ線管の電圧を検知する方法は、ａ）ｘ線管シリンダ４１の表面に、第１の抵抗器Ｒ１を含む絶縁性の材料を塗布する段階と、ｂ）第１の抵抗器Ｒ１の一端を第２の抵抗器Ｒ２に接続して、他端をｘ線管シリンダ４１のカソード４２またはアノード４４に接続する段階と、ｃ）第２の抵抗器Ｒ２の電圧ΔＶを測定する段階と、ｄ）
【数５】
2013543218.tif 000008
によってｘ線管の電圧を計算する段階とを備え、この公式中、Ｖはｘ線管の電圧であり、Ｖ２は第２の抵抗器の電圧であり、ｒ１は第１の抵抗器の抵抗であり、ｒ２は、第２の抵抗器の抵抗である。
【００６４】
２０１０年９月２４日に提出した米国特許出願第１２／８９０，３２５号明細書および２０１０年１２月７日に提出した米国仮特許出願第６１／４２０，４０１号明細書の全体を、ここに参照として組み込む。
【００６５】
上述した構成は、あくまで本発明の原理の用途の例示である。本発明の範囲および精神から逸脱せずに複数の修正例および代替的構成が可能である。本発明は、現在本発明の最も現実的かつ好適な実施形態との関連の特定の例および詳細によって図面に示されており、完全に記載されているが、当業者であれば、これら複数の修正が、ここに言及する本発明の原理および構想から逸脱せずに可能であることを理解する。
【図１】
2013543218.tif 000010
【図２】
2013543218.tif 000011
【図３】
2013543218.tif 000012
【図４】
2013543218.tif 000013
【図５】
2013543218.tif 000014
【図６】
2013543218.tif 000015
【図７】
2013543218.tif 000016
【図８】
2013543218.tif 000017
【図９】
2013543218.tif 000018
【図１０】
2013543218.tif 000019
【図１１】
2013543218.tif 000020
【図１２】
2013543218.tif 000021
【図１３】
2013543218.tif 000022
【図１４】
2013543218.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図７に示すように、前述した電源６０は、ｘ線源７０に給電するために利用することができる。ｘ線源７０は、絶縁シリンダ４１、絶縁シリンダ４１の一端に設けられたアノード４４、および、アノードと反対側の絶縁シリンダの一端に設けられたカソード４２を含んでよい。カソードは、フィラメント等の電子エミッタ４３を含んでよい。電子エミッタ７６および第２のコンデンサ６１ｂは、互いに直列接続され、高圧発電機６７の高圧端部の接続点６３には並列接続されてよい。アノードは電気的に接地されてよい７２。第１の交流電流源６４ａは、電子エミッタ４３に交流電流および電力を駆動することができる。第２の交流電流源６４ｂは、高圧生成機６７で高圧を生成することができ、約１０キロボルトを超える電圧差をアノード４４およびカソード４２との間に生じさせることができる。カソード４２およびアノード４４の間の電圧差と、電子エミッタ４３の交流電流とによって、電子エミッタ４３から電子が放出されて、アノード４４方面へと方向づけられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
＜高圧検知抵抗器＞
図１２では、ｘ線源１２０は、ｘ線管４０と、絶縁材料のラインとを含むよう示されており、第１の抵抗器Ｒ１を含んでいる。ｘ線管は、絶縁シリンダ４１、絶縁シリンダの一端に設けられたアノード４４、および、アノード４４とは反対の、絶縁シリンダ４１の端部に設けられたカソード４２を含んでよい。第１の抵抗器Ｒ１は、アノード４４またはカソード４２のいずれかに取り付けられた第一端１２４を有し、外部回路に接続される第二端１２５を有してよい。図１２では、第１の抵抗器Ｒ１の第一端１２４が、カソード４２に取り付けられているとして示されている。図１３では、第１の抵抗器Ｒ１の第一端１２４が、カソード４２に取り付けられているとして示されている。ここに示すすべての実施形態では、第１の抵抗器Ｒ１の第一端１２４は、カソード４２またはアノード４４のいずれかに取り付けられてよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2013543218.tif 000024
【国際調査報告】
2013543218.tif 000025
2013543218.tif 000026