(57)【要約】  マイクロ波発生システムは、マイクロ波発生器、パルス発生器、およびインピーダンスネットワークを備える。パルス発生器は、電力パルスをマイクロ波発生器に与えるように構成されるとともに、マイクロ波発生器に与えられる電力パルスの電力を変化させるように動作可能である。インピーダンスネットワークは、パルス発生器とマイクロ波発生器との間に接続されている。インピーダンスネットワークは、マイクロ波発生器のインピーダンスの変化に従って、パルス発生器にわたってのインピーダンスを実質的に整合させるように切り替え可能である。
2021517371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波発生器と、
電力パルスを前記マイクロ波発生器に与えるように構成されたパルス発生器であって、前記マイクロ波発生器に与えられる前記電力パルスの電力を変化させるように動作可能である、パルス発生器と、
前記パルス発生器と前記マイクロ波発生器との間に接続されたインピーダンスネットワークであって、前記マイクロ波発生器のインピーダンスの変化に従って、前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを実質的に整合させるように切り替え可能である、インピーダンスネットワークと、
を備えたマイクロ波発生システム。
【請求項２】
前記パルス発生器と前記マイクロ波発生器との間に延びた伝送路を含み、前記インピーダンスネットワークが、前記伝送路と電気接地との間に接続された、請求項１に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項３】
前記インピーダンスネットワークが、前記伝送路と電気接地との間に複数の電気経路を与えるように構成されており、前記電気経路のうちの少なくとも１つが、開閉されることによる当該経路の切断および接続によって、前記伝送路と電気接地との間のインピーダンスを変化させるように動作可能なスイッチを含む、請求項２に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項４】
前記インピーダンスネットワークが、複数のコンデンサと、開放された場合に前記コンデンサの第１の部分集合が前記パルス発生器にわたって接続され、閉鎖された場合に前記コンデンサの第２の部分集合が前記パルス発生器にわたって接続されるように構成されたスイッチと、を含む、請求項３に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項５】
前記インピーダンスネットワークが、前記伝送路と電気接地との間に接続された複数のコンデンサと、前記コンデンサのうちの少なくとも１つのにわたって接続されたスイッチと、を含み、前記スイッチが、前記少なくとも１つのコンデンサの周りで短絡回路を切断および接続するために開閉動作可能である、請求項３または４に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項６】
前記伝送路が、パルス変成器および／または誘導性加算器を含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項７】
前記インピーダンスネットワークが、前記マイクロ波発生器と前記パルス変成器および／または誘導性加算器との間で前記伝送路に接続された、請求項６に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項８】
前記インピーダンスネットワークが、前記パルス発生器と前記パルス変成器および／または誘導性加算器との間で前記伝送路に接続された、請求項６に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項９】
前記マイクロ波発生器が、磁石を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１０】
前記磁石が、永久磁石を含む、請求項９に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１１】
前記磁石が、電磁石の磁場強度を変化させて、前記マイクロ波発生器により発生されるマイクロ波の電力を変化させるように動作可能な当該電磁石を含む、請求項９に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１２】
前記インピーダンスネットワークが、前記磁石の前記磁場強度の変化に応答して、前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように構成された、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１３】
前記インピーダンスネットワークが、開閉されることによって、前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように動作可能な少なくとも１つの電子スイッチを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの電子スイッチが、半導体スイッチを含む、請求項１３に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１５】
前記インピーダンスネットワークが、開閉されることによって、前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように動作可能な少なくとも１つのリレースイッチを含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１６】
前記マイクロ波発生器が、第１の入力電力を有する電力パルスの受信に応答して第１の出力電力を有するマイクロ波を発生させるとともに、第２の入力電力を有する電力パルスの受信に応答して第２の出力電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１７】
前記第１の出力電力を有する前記マイクロ波が、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、医療用像形成目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適している、請求項１６に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１８】
前記第２の出力電力を有する前記マイクロ波が、電子加速器を駆動して、医療的治療目的に適したパワーを有する電子を加速させるのに適している、請求項１６または１７に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項１９】
前記インピーダンスネットワークが、３つ以上の異なるインピーダンス値の間で前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項２０】
前記マイクロ波発生器が、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、Ｘ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム。
【請求項２１】
パルス発生器から電力パルスを受信するとともに、前記受信した電力を用いてマイクロ波を発生させるように構成されたマイクロ波発生器と、
前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを与えるように構成されたインピーダンスネットワークであって、前記パルス発生器から受信された前記電力パルスの電力の変化に従って、前記パルス発生器にわたっての前記インピーダンスを変化させるように切り替え可能である、インピーダンスネットワークと、
を備えたマイクロ波発生装置。
【請求項２２】
電力パルスをマイクロ波発生器に出力するように構成されたパルス発生器と、
前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを与えるように構成されたインピーダンスネットワークであって、前記パルス発生器から出力された前記電力パルスの電力の変化に従って、前記パルス発生器にわたっての前記インピーダンスを変化させるように切り替え可能である、インピーダンスネットワークと、
を備えたパルス発生装置。
【請求項２３】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム、請求項２１に記載のマイクロ波発生装置、または請求項２２に記載のパルス発生装置での使用に適したインピーダンスネットワーク。
【請求項２４】
前記インピーダンスネットワークが、前記マイクロ波発生器の第１の動作点に適した第１のインピーダンスと前記マイクロ波発生器の第２の動作点に適した第２のインピーダンスとの間で切り替え可能であり、前記第１のインピーダンスが、前記マイクロ波発生器の前記第１の動作点において、前記マイクロ波発生器のインピーダンスを前記パルス発生器のインピーダンスに対して実質的に整合させ、前記第２のインピーダンスが、前記マイクロ波発生器の前記第２の動作点において、前記マイクロ波発生器のインピーダンスを前記パルス発生器のインピーダンスに対して実質的に整合させる、請求項２３に記載のインピーダンスネットワーク。
【請求項２５】
マイクロ波発生システム用のインピーダンスネットワークであって、
パルス発生器とマイクロ波発生器との間に延びた伝送路への接続用の第１の接続部と、
電気接地への接続用の第２の接続部と、
前記第１の接続部と前記第２の接続部との間に配置された複数のコンデンサと、
前記第１の接続部と前記第２の接続部との間の電気経路に入れる切り替えおよび電気経路から外す切り替えを前記複数のコンデンサのうちの少なくとも１つに対して行うことにより、前記第１の接続部と前記第２の接続部との間のインピーダンスを変化させるように構成された少なくとも１つのスイッチと、
を備えた、インピーダンスネットワーク。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのスイッチが、少なくとも１つの電子スイッチを含む、請求項２５に記載のインピーダンスネットワーク。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのスイッチが、少なくとも１つのリレースイッチを含む、請求項２４または２５に記載のインピーダンスネットワーク。
【請求項２８】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システムと、
電子が共鳴構造を通過するように電子源から前記電子を受けるように構成された少なくとも１つの共鳴構造を備えた電子加速器であって、受信したマイクロ波が、前記共鳴構造を通り過ぎる前記電子を加速させるのに適した加速電磁場を前記共鳴構造中に形成するように、前記マイクロ波発生システムにより発生されたマイクロ波を受信するように構成された、電子加速器と、
を備えた電子加速システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載の電子加速システムと、
前記電子加速器から出力された加速電子を受けて、Ｘ線を発生させるように構成されたターゲット材と、
を備えたＸ線発生器。
【請求項３０】
発生したＸ線を案内して像形成ターゲットに入射させるように動作可能な請求項２９に記載のＸ線発生器と、
前記像形成ターゲットにより透過されたおよび／またはそこから反射されたＸ線を検出するように構成された少なくとも１つのセンサと、
を備えたＸ線像形成システム。
【請求項３１】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム、請求項２１に記載のマイクロ波発生装置、請求項２２に記載のパルス発生装置、請求項２３〜２７のいずれか１項に記載のインピーダンスネットワーク、請求項２９に記載のＸ線発生器、または請求項３０に記載のＸ線像形成システムを具備する放射線療法システム。
【請求項３２】
請求項１〜２０のいずれか１項に記載のマイクロ波発生システム、請求項２１に記載のマイクロ波発生装置、請求項２２に記載のパルス発生装置、請求項２３〜２７のいずれか１項に記載のインピーダンスネットワーク、請求項２９に記載のＸ線発生器、または請求項３０に記載のＸ線像形成システムを具備する貨物走査システム。
【請求項３３】
前記マイクロ波発生器がマグネトロンを含む、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
パルス発生器において電力パルスを出力するとともに、前記電力パルスをマイクロ波発生器に与えることによって、前記マイクロ波発生器においてマイクロ波を発生させることと、
前記マイクロ波発生器により出力される前記マイクロ波の電力を変化させるために、前記マイクロ波発生器に与えられる前記電力パルスの電力を変化させることと、
前記パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させることにより、前記マイクロ波発生器のインピーダンスの変化に従って、前記パルス発生器にわたっての前記インピーダンスを実質的に整合させることと、
を含む、マイクロ波発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロ波の発生のための装置および方法に関する。これらの装置および方法は、粒子加速器に使用するマイクロ波の発生の分野において、特定の用途に適用可能であるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
マグネトロンまたはクライストロン等のマイクロ波発生器は、多様な異なる目的でマイクロ波の発生に使用され得る。たとえば、マイクロ波発生器により発生されたマイクロ波が粒子加速器（線形加速器等）に供給され、電子等の荷電粒子の加速のための加速電磁場の形成に使用される場合がある。いくつかの用途において、加速電子（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ：加速された電子）は、ターゲット材（タングステン等）に入射するように案内され、これにより、電子のエネルギーの一部がターゲット材からＸ線として放出され得る。
【０００３】
いくつかの用途において、発生したＸ線は、医療用像形成（ｍｅｄｉｃａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ：医療用イメージング）および／または治療目的で使用され得る。たとえば、患者の身体の全部または一部に入射するようにＸ線が案内され、患者の身体で透過および／または反射したＸ線を検出するように１つまたは複数のセンサが位置決めされる場合がある。検出されたＸ線は、患者の身体の内部構造の詳細を解像し得る身体の全部または一部の像の形成に使用され得る。この追加または代替として、治療目的で患者の身体の特定部分に入射するようにＸ線が案内される場合がある。たとえば、身体に検出された腫瘍に入射するようにＸ線が案内され、腫瘍のがん細胞を破壊することによって腫瘍を治療する場合がある。
【０００４】
あるいは、治療目的で患者の身体の特定部分（腫瘍等）に入射するように加速電子が案内される場合がある。たとえば、患者の身体の一部に入射するように、粒子加速器（線形加速器等）から出力された電子が平行化および案内される場合がある。いくつかの用途においては、同じ装置の使用によって、像形成および／または治療目的のＸ線を発生させるとともに、治療目的で電子を加速させることができる。たとえば、Ｘ線を発生させるため、粒子加速器から出力された加速電子のビームの経路にターゲット材が配置されるとともに、治療目的で電子ビームを使用するため、ターゲット材が電子ビーム経路から除去される場合がある。
【０００５】
別の用途においては、非医療目的でのＸ線の発生に粒子加速器が使用され得る。たとえば、像形成対象の非医療ターゲットに入射するように、発生したＸ線が案内される場合がある。像形成ターゲットにより透過された、および／またはそこから反射されたＸ線を検出するように１つまたは複数のセンサが位置決めされる場合がある。検出されたＸ線は、像形成ターゲットの内部構造を解像し得る像の形成に使用され得る。Ｘ線像形成には、セキュリティ関連用途における特定の使用が存在し得る。Ｘ線でなければ見えないアイテムを解像可能なためである。たとえば、貨物（ｃａｒｇｏ）が保管されたコンテナの外側から貨物を像形成するのに、Ｘ線像形成が使用される場合がある。Ｘ線像は、隠れた貨物の一部を構成する異なる物体を解像して、貨物の中身を識別することができる。
【０００６】
マイクロ波発生器の複数の用途を上述したが、発生したマイクロ波のエネルギーは、電子等の荷電粒子の加速に用いられる。いくつかの用途においては、加速粒子のエネルギーを変化させるのが望ましいと考えられる。たとえば、ターゲット材に入射するように加速電子が案内され、これによりＸ線が放出される用途においては、放出Ｘ線のエネルギーを変化させるのが望ましいと考えられる。これは、ターゲット材に入射する前に電子が加速されるエネルギーを変化させることによって実現され得る。
【０００７】
発生した電子のエネルギーを変化させることは、たとえば同じ装置の使用により医療用像形成および治療目的で電子を加速させる用途において特に有用となり得る。たとえば、上述の通り、同じ装置の使用によって、医療用像形成目的および医療的治療目的で使用されるＸ線を発生させる場合がある。一般的に、医療用像形成目的で使用されるＸ線は、医療的治療目的で使用されるＸ線よりも低エネルギーとなり得る。たとえば、医療用像形成装置が第１のエネルギーを有するＸ線を発生させて、患者の身体のある領域を像形成する場合がある。生成された像は、ターゲット物体（腫瘍等）の治療のガイドのため、患者の身体におけるターゲット物体の位置特定によって治療に使用され得る。その後、治療線を患者の身体のターゲット物体に送達するため、ターゲット物体に入射するように、第１のエネルギーよりも大きな第２のエネルギーを有するＸ線が発生および案内され得る。
【０００８】
また、貨物等の非医療ターゲットの像形成にＸ線を使用する場合等、他の用途においても、発生したＸ線のエネルギーを変化させるのが望ましいと考えられる。たとえば、像形成ターゲットに入射するように、第１のエネルギーを有するＸ線の第１のパルスが案内された後、第１のパルスと異なるエネルギーを有するＸ線の第２のパルスが案内される場合がある。エネルギーが変化するＸ線に対する材料の透明性および／または反射性は、材料が異なれば相違すると考えられる。したがって、エネルギーが変化するＸ線を用いたターゲットの像形成により、エネルギーが単一のＸ線を用いたターゲットの像形成と比較して、像形成ターゲットを構成する異なる材料をより効果的に解像可能となり得る。したがって、エネルギーが可変のＸ線を用いてターゲットを像形成することにより、ターゲット中の隠れた物体をより効果的に解像および識別可能となり得る。
【０００９】
通常、電子等の粒子が粒子加速器により加速されるエネルギーは、加速器中に形成された加速電磁場の強度を変えることによって変化し得る。加速電磁場の強度は、マイクロ波発生器により粒子加速器に与えられるマイクロ波の電力（ｐｏｗｅｒ：パワー）を変えることによって変化し得る。したがって、マイクロ波発生器により出力されるマイクロ波の電力を変化させるのが望ましいと考えられる。
【００１０】
粒子加速器に与えられるマイクロ波の電力を変化させるのが望ましいと考えられる用途を上述したが、マイクロ波を粒子加速器に与えないマイクロ波発生器の他の用途も存在し得る。このような用途においても、マイクロ波発生器により発生されるマイクロ波の電力を変化させ得るのが依然として望ましいと考えられる。
【発明の概要】
【００１１】
マグネトロンまたはクライストロン等のマイクロ波発生器は通常、電力パルスを受信し、受信した電力を用いてマイクロ波を発生させるが、このマイクロ波のエネルギーは、少なくとも部分的に、受信した電力パルスの電力によって決まる。したがって、マイクロ波発生器により発生されるマイクロ波の電力は、マイクロ波発生器に与えられる電気パルスの電力を変えることによって変化し得る。
【００１２】
電力パルスは通常、パルス発生器を含む電力変調器によってマイクロ波発生器に与えられる。変調器の電力出力の変化によって、マイクロ波発生器に与えられる電力が変化し得る。ただし、変調器およびマイクロ波発生器は通常、単一の動作電力レベルで動作するように最適化されている。変調器およびマイクロ波発生器が最適化された動作電力レベルから離れる方向に、マイクロ波発生器に与えられる電力を減少または増大させると、マイクロ波発生器から出力されるマイクロ波の品質の低下および／またはマイクロ波発生器の動作の不安定化という悪影響が生じる可能性がある。
【００１３】
マイクロ波発生器の安定した動作は、パルス発生器にわたって（ａｃｒｏｓｓ）の可変インピーダンスを与えることによって実現され得ることが分かっている。本発明の態様によれば、パルス発生器にわたってのインピーダンスは、マイクロ波発生器の異なる動作電力レベルにおいて、マイクロ波発生器のインピーダンスに対して実質的に整合するように変化し得る。本発明の第１の態様によれば、マイクロ波発生器と、電力パルスをマイクロ波発生器に与えるように構成されたパルス発生器であって、マイクロ波発生器に与えられる電力パルスの電力を変化させるように動作可能である、パルス発生器と、パルス発生器とマイクロ波発生器との間に接続されたインピーダンスネットワークであって、マイクロ波発生器のインピーダンスの変化に従って、パルス発生器にわたってのインピーダンスを実質的に整合させるように切り替え可能である、インピーダンスネットワークと、を備えたマイクロ波発生システムが提供される。
【００１４】
マイクロ波発生器のインピーダンスの変化に従って、パルス発生器にわたってのインピーダンスを実質的に整合させることにより、マイクロ波発生器に与えられる電力パルスの形状の劣化が抑えられて都合が良い。切り替え可能なインピーダンスネットワークを設けることにより、複数の異なる動作点（マイクロ波発生器の性能チャート上の位置）および出力電力において、パルスの劣化を抑えることができる。したがって、切り替え可能なインピーダンスネットワークは、マイクロ波発生器が効率的に安定して動作し得るダイナミックレンジを改善可能である。このことは、マグネトロンの異なる動作点（および、出力電力レベル）において、マグネトロンのインピーダンスが異なり得ることから、異なる電力レベルでマイクロ波発生器が動作する用途において特に好都合と考えられる。切り替え可能なインピーダンスネットワークは、複数の異なる出力電力レベルにおいて、パルス発生器にわたってのインピーダンスを実質的に整合させるのに用いられるようになっていてもよい。
【００１５】
この追加または代替として、切り替え可能なインピーダンスネットワークは、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させて、マイクロ波発生システムの１つまたは複数の構成要素のインピーダンスの経時的な変化を補償するのに用いられるようになっていてもよい。たとえば、マイクロ波発生器の寿命全体にわたって、所与の動作点におけるマイクロ波発生器のインピーダンスは、変化する可能性がある。このような状況において、切り替え可能なインピーダンスネットワークは、当該インピーダンスネットワークおよびマイクロ波発生器の合成インピーダンス（ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を変化させることにより、合成インピーダンスをパルス発生器のインピーダンスに対して実質的に整合させるのに用いられるようになっていてもよい。
【００１６】
異なる動作電力レベルにおいてマイクロ波発生器のインピーダンスを整合させることは、マイクロ波発生器およびインピーダンスネットワークの合成インピーダンスがパルス発生器のインピーダンスと実質的に整合するようにパルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させることを含んでいてもよい。本明細書において、第２のインピーダンス（たとえば、パルス発生器のインピーダンス）と実質的に整合した第１のインピーダンス（たとえば、マイクロ波発生器およびインピーダンスネットワークの合成インピーダンス）の参照は、第１および第２のインピーダンス間の差が第１のインピーダンスのおよそ１０％以下であることを意味するものと解釈され得る。
【００１７】
マイクロ波発生器は、およそ８００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器は、およそ１０ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器は、およそ１００ｋＷよりも大きなピーク電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器は、およそ５０ＭＷ未満のピーク電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００１８】
マイクロ波発生器は、Ｓ帯域（およそ２〜４ＧＨｚ）、Ｃ帯域（およそ４〜８ＧＨｚ）、および／またはＸ帯域（およそ８〜１２ＧＨｚ）の周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器は、およそ３ＧＨｚよりも高い周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器は、およそ１２ＧＨｚ未満の周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器は、像形成用途（たとえば、医療用像形成）での使用に適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。たとえば、マイクロ波発生器は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、像形成（たとえば、医療用像形成）目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。このような実施形態において、マイクロ波発生器は、およそ３００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器は、およそ１．５ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器は、医療的治療用途での使用に適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。たとえば、マイクロ波発生器は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、医療的治療目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。この追加または代替として、マイクロ波発生器は、電子加速器を駆動して、電子ビーム療法（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｔｈｅｒａｐｙ）目的に適したパワーを有する電子を加速させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。このような実施形態において、マイクロ波発生器は、およそ１．５ＭＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器は、およそ１０ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器は、貨物の像形成等の像形成用途での使用に適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。たとえば、マイクロ波発生器は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、貨物像形成および／または走査目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。このような実施形態において、マイクロ波発生器は、およそ３００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器は、およそ１０ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００２２】
マイクロ波発生器は、マグネトロンを含んでいてもよい。マイクロ波発生器は、マグネトロン、クライストロン、ベータトロン、ジャイロトロン、マイクロトロン、または他の形態のマイクロ波発生器の１つまたは複数を含んでいてもよい。
【００２３】
このマイクロ波発生システムは、パルス発生器とマイクロ波発生器との間に延びた伝送路を含んでいてもよく、インピーダンスネットワークは、伝送路と電気接地（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｇｒｏｕｎｄ：電気的な接地）との間に接続される。
【００２４】
インピーダンスネットワークは、伝送路と電気接地との間に複数の電気経路（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｐａｔｈｗａｙ）を与えるように構成されていてもよく、電気経路のうちの少なくとも１つは、開閉されることによる当該経路の切断および接続によって、伝送路と電気接地との間のインピーダンスを変化させるように動作可能なスイッチを含む。
【００２５】
スイッチは、開回路または短絡回路（ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ）の接続および切断を行うように構成されていてもよい。開回路または短絡回路の接続および／または切断では、電気経路の接続または切断によって、伝送路と電気接地との間のインピーダンスを変化させるようにしてもよい。
【００２６】
インピーダンスネットワークは、複数のコンデンサ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ：キャパシタ）と、開放された場合にコンデンサの第１の部分集合がパルス発生器にわたって接続され、閉鎖された場合にコンデンサの第２の部分集合がパルス発生器にわたって接続されるように構成されたスイッチと、を含んでいてもよい。
【００２７】
インピーダンスネットワークは、伝送路と電気接地との間に接続された複数のコンデンサと、コンデンサのうちの少なくとも１つにわたって接続されたスイッチと、を含んでいてもよく、スイッチは、少なくとも１つのコンデンサの周りで短絡回路を切断および接続するために開閉動作可能である。
【００２８】
少なくとも１つのコンデンサの周りで短絡回路を切断および接続することにより、パルス発生器にわたって接続されたキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ：静電容量）を変化させるように構成されたスイッチは、少なくとも１つのコンデンサを含む電気経路に直接配置されたスイッチよりも低い電圧にさらされる（ｅｘｐｏｓｅｄ）ようになっていてもよい。したがって、このような構成により、定格電圧が低いスイッチを使用可能となり得る。これにより、たとえば定格電圧が高い比較的低速応答のスイッチ（リレースイッチ等）とは対照的に、比較的高速に応答可能なスイッチ（たとえば、半導体スイッチ）を使用可能となり得る。
【００２９】
伝送路は、パルス変成器（ｐｕｌｓｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）および／または誘導性加算器（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ａｄｄｅｒ）を含んでいてもよい。
【００３０】
インピーダンスネットワークは、マイクロ波発生器とパルス変成器および／または誘導性加算器との間で伝送路に接続されていてもよい。
【００３１】
インピーダンスネットワークは、パルス波発生器とパルス変成器および／または誘導性加算器との間で伝送路に接続されていてもよい。
【００３２】
マイクロ波発生器は、磁石（ｍａｇｎｅｔ：マグネット）を含んでいてもよい。
【００３３】
磁石は、永久磁石（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ）を含んでいてもよい。
【００３４】
磁石は、電磁石の磁場強度を変化させて、マイクロ波発生器により発生されるマイクロ波の電力を変化させるように動作可能な当該電磁石を含んでいてもよい。
【００３５】
インピーダンスネットワークは、磁石の磁場強度の変化に応答して、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように構成されていてもよい。
【００３６】
このマイクロ波発生システムは、たとえば磁石と関連付けられた磁場強度を検出可能なコントローラを具備していてもよい。コントローラは、たとえば磁場強度の１つまたは複数の測定結果（たとえば、１つまたは複数のセンサにより取得）を受信するようにしてもよい。この追加または代替として、コントローラは、電磁石の設定および／または電磁石が受信する制御信号等の電磁石の状態をモニタリングするようにしてもよい。コントローラは、磁場強度の変化に応答して、インピーダンスネットワークを制御するようにしてもよい。
【００３７】
インピーダンスネットワークは、開閉されることによって、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように動作可能な少なくとも１つの電子スイッチを含んでいてもよい。
【００３８】
電子スイッチは、たとえばサイラトロン、四極管、三極管、および／または半導体スイッチを含んでいてもよい。
【００３９】
少なくとも１つの電子スイッチは、半導体スイッチを含んでいてもよい。
【００４０】
半導体スイッチ等の電子スイッチは、比較的高速な応答が可能であってもよい。このことは、マイクロ波発生器の出力電力が比較的短い時間スケールで切り替えられる用途において有用と考えられる。たとえば、いくつかの用途において、マイクロ波発生器の出力電力は、パルスごとに切り替えられるようになっていてもよい。電子スイッチ等の比較的高速な応答が可能なスイッチは、マイクロ波発生器の出力電力の変化を整合させるのに十分高速に、インピーダンスネットワークを切り替え可能であってもよい。
【００４１】
半導体スイッチは、ソリッドステート（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含んでいてもよい。
【００４２】
インピーダンスネットワークは、開閉されることによって、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように動作可能な少なくとも１つのリレースイッチを含んでいてもよい。
【００４３】
リレースイッチは、スイッチにわたっての比較的高い電圧に耐え得るものであってもよい。したがって、リレースイッチは、比較的高い電圧の用途において用いられるようになっていてもよい。
【００４４】
マイクロ波発生器は、第１の入力電力を有する電力パルスの受信に応答して第１の出力電力を有するマイクロ波を発生させるとともに、第２の入力電力を有する電力パルスの受信に応答して第２の出力電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００４５】
第１の出力電力を有するマイクロ波は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、医療用像形成目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適していてもよい。
【００４６】
第１の出力電力は、たとえばおよそ３００ｋＷより大きくてもよい。第１の出力電力は、たとえばおよそ１．５ＭＷ未満であってもよい。
【００４７】
第２の出力電力を有するマイクロ波が、電子加速器を駆動して、医療的治療目的に適したパワーを有する電子を加速させるのに適していてもよい。
【００４８】
第２の出力電力は、たとえばおよそ１．５ＭＷより大きくてもよい。第２の出力電力は、たとえばおよそ１０ＭＷ未満であってもよい。
【００４９】
インピーダンスネットワークは、３つ以上の異なるインピーダンス値の間でパルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能であってもよい。
【００５０】
マイクロ波発生器は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、Ｘ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００５１】
本発明の第２の態様によれば、パルス発生器から電力パルスを受信するとともに、受信した電力を用いてマイクロ波を発生させるように構成されたマイクロ波発生器と、パルス発生器にわたってのインピーダンスを与えるように構成されたインピーダンスネットワークであって、パルス発生器から受信された電力パルスの電力の変化に従って、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である、インピーダンスネットワークと、を備えたマイクロ波発生装置が提供される。
【００５２】
本発明の第３の態様によれば、電力パルスをマイクロ波発生器に出力するように構成されたパルス発生器と、パルス発生器にわたってのインピーダンスを与えるように構成されたインピーダンスネットワークであって、パルス発生器から出力された電力パルスの電力の変化に従って、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である、インピーダンスネットワークと、を備えたパルス発生装置が提供される。
【００５３】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様に記載のマイクロ波発生システム、第２の態様に記載のマイクロ波発生装置、または第３の態様に記載のパルス発生装置での使用に適したインピーダンスネットワークが提供される。
【００５４】
このインピーダンスネットワークは、マイクロ波発生器の第１の動作点に適した第１のインピーダンスとマイクロ波発生器の第２の動作点に適した第２のインピーダンスとの間で切り替え可能であってもよく、第１のインピーダンスは、マイクロ波発生器の第１の動作点において、マイクロ波発生器のインピーダンスをパルス発生器のインピーダンスに対して実質的に整合させ、第２のインピーダンスは、マイクロ波発生器の第２の動作点において、マイクロ波発生器のインピーダンスをパルス発生器のインピーダンスに対して実質的に整合させる。
【００５５】
マイクロ波発生器の動作点は、マイクロ波発生器の性能チャート上の位置と関連付けられていてもよい。たとえば、動作点は、マイクロ波発生器の所与の出力電力と関連付け可能なピーク電流とパルス電圧の組み合わせを示していてもよい。
【００５６】
本発明の第５の態様によれば、マイクロ波発生システム用のインピーダンスネットワークであって、パルス発生器とマイクロ波発生器との間に延びた伝送路への接続用の第１の接続部と、電気接地への接続用の第２の接続部と、第１の接続部と第２の接続部との間に配置された複数のコンデンサと、第１の接続部と第２の接続部との間の電気経路に入れる切り替えおよび電気経路から外す切り替えを複数のコンデンサのうちの少なくとも１つに対して行うことにより、第１の接続部と第２の接続部との間のインピーダンスを変化させるように構成された少なくとも１つのスイッチと、を備えた、インピーダンスネットワークが提供される。
【００５７】
少なくとも１つのスイッチは、少なくとも１つの電子スイッチを含んでいてもよい。
【００５８】
少なくとも１つのスイッチは、少なくとも１つのリレースイッチを含んでいてもよい。
【００５９】
本発明の第６の態様によれば、第１の態様に記載のマイクロ波発生システムと、電子が共鳴構造を通過するように電子源から電子を受けるように構成された少なくとも１つの共鳴構造（ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を備えた電子加速器であって、受信したマイクロ波が、共鳴構造を通る電子を加速させるのに適した加速電磁場を前記共鳴構造中に形成するように、マイクロ波発生システムにより発生されたマイクロ波を受信するように構成された、電子加速器と、を備えた電子加速システムが提供される。
【００６０】
本発明の第７の態様によれば、第６の態様に記載の電子加速システムと、電子加速器から出力された加速電子を受けて、Ｘ線を発生させるように構成されたターゲット材と、を備えたＸ線発生器が提供される。
【００６１】
本発明の第８の態様によれば、発生したＸ線を案内して像形成ターゲットに入射させるように動作可能な第７の態様に記載のＸ線発生器と、像形成ターゲットで透過および／または反射したＸ線を検出するように構成された少なくとも１つのセンサと、を備えたＸ線像形成システムが提供される。
【００６２】
本発明の第９の態様によれば、第１の態様に記載のマイクロ波発生システム、第２の態様に記載のマイクロ波発生装置、第３の態様に記載のパルス発生装置、第４の態様に記載のインピーダンスネットワーク、第５の態様に記載のインピーダンスネットワーク、第６の態様に記載の電子加速システム、第７の態様に記載のＸ線発生器、または第８の態様に記載のＸ線像形成システムを具備する放射線療法システム（ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ  ｓｙｓｔｅｍ）が提供される。
【００６３】
本発明の第１０の態様によれば、第１の態様に記載のマイクロ波発生システム、第２の態様に記載のマイクロ波発生装置、第３の態様に記載のパルス発生装置、第４の態様に記載のインピーダンスネットワーク、第５の態様に記載のインピーダンスネットワーク、第６の態様に記載の電子加速システム、第７の態様に記載のＸ線発生器、または第８の態様に記載のＸ線像形成システムを具備する貨物走査システムが提供される。
【００６４】
第１〜第１０の態様のいずれか１項において、マイクロ波発生器は、マグネトロンを含んでいてもよい。
【００６５】
本発明の第１０の態様によれば、パルス発生器において電力パルスを出力するとともに、電力パルスをマイクロ波発生器に与えることによって、マイクロ波発生器においてマイクロ波を発生させることと、マイクロ波発生器により出力されるマイクロ波の電力を変化させるために、マイクロ波発生器に与えられる電力パルスの電力を変化させることと、パルス発生器にわたってのインピーダンスを変化させることにより、マイクロ波発生器のインピーダンスの変化に従って、パルス発生器にわたってのインピーダンスを実質的に整合させることと、を含む、マイクロ波発生方法が提供される。
【００６６】
本願の範囲内においては、前述の段落、特許請求の範囲および／もしくは以下の説明、ならびに図面に記載の種々態様、実施形態、例、および代替物、特にこれらの個々の特徴が独立して取り込まれてもよいし、任意の組み合わせで取り込まれてもよいことが明示的に意図される。すなわち、このような特徴が不適合でない限り、任意の方法および／または組み合わせで、すべての実施形態および／または任意の実施形態の特徴を組み合わせ可能である。
【００６７】
本発明の１つまたは複数の実施形態を添付の図面に模式的に示すが、これらは一例に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係る、Ｘ線像形成システムの模式図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る、マイクロ波発生システムの模式図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る、マイクロ波発生システムの模式図である。
【図３】マグネトロンの性能チャートの模式的表現図である。
【図４Ａ】本発明に係る、インピーダンスネットワークの一実施形態の模式図である。
【図４Ｂ】本発明に係る、インピーダンスネットワークの一実施形態の模式図である。
【図４Ｃ】本発明に係る、インピーダンスネットワークの一実施形態の模式図である。
【図５Ａ】本発明に係る、インピーダンスネットワークの別の実施形態の模式図である。
【図５Ｂ】本発明に係る、インピーダンスネットワークの別の実施形態の模式図である。
【図６】本発明に係る、インピーダンスネットワークのさらに別の実施形態の模式図である。
【図７】本発明に係る、インピーダンスネットワークの一実施形態の一部の模式図である。
【図８】本発明に係る、インピーダンスネットワークの別の実施形態の一部の模式図である。
【図９】本発明に係る、インピーダンスネットワークの設計方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る、放射線療法システムの模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る、貨物走査システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
本発明の特定例を説明するにあたって、本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されないことが了解されるものとする。また、本明細書において使用する専門用語は、特定例を説明する目的でのみ使用しており、特許請求の範囲を制限する意図ではないことが了解されるものとする。
【００７０】
図１は、本発明の一実施形態に係る、Ｘ線像形成システム１００の模式図である。Ｘ線像形成システム１００は、マイクロ波発生システム２００、電子源１０１、電子加速器１０３、ターゲット材１０７、およびセンサ１１３を具備する。電子源１０１は、図１に示す例においては線形加速器（ＬＩＮＡＣ）である電子加速器１０３を通過する電子ビームＥを放出する。電子源１０１は、たとえば電子銃を備えていてもよい。
【００７１】
加速器１０３は、電子源１０１からの電子ビームＥを受けて当該電子ビームＥが通過するように構成されたキャビティ１０５の形態の複数の共鳴構造１０５を備える。図１に示す実施形態においては、加速器１０３が複数の共鳴構造１０５を備えるものの、いくつかの実施形態においては、加速器が共鳴構造を１つだけ備えていてもよい。たとえば、マイクロトロン等の加速器においては、共鳴構造が１つだけ設けられていてもよく、電子等の粒子が共鳴構造を複数回通過して加速するようになっていてもよい。
【００７２】
加速器１０３は、マイクロ波発生システム２００からマイクロ波Ｍを受信するように構成されている。以下により詳しく説明する通り、マイクロ波発生システム２００は、パルス発生器２０１、マイクロ波発生器２０２、およびパルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に接続されたインピーダンスネットワーク２０３を備える。マイクロ波Ｍは、加速器１０３のキャビティ１０５に注入されて、キャビティ１０５中に加速電磁場を形成している。加速電磁場は、加速器１０３を通過する電子ビームＥを加速させるように作用する。
【００７３】
ターゲット材１０７は、加速器１０３から出力された加速電子ビームＥを受けるように構成されている。ターゲット材は、タングステン等の高密度材料であってもよいが、電子ビームＥのエネルギーの少なくとも一部をＸ線１０９に変換して、ターゲット材１０７から放出する。図１に示す例において、Ｘ線１０９は、像形成ターゲット１１１に入射するように案内される。センサ１１３は、像形成ターゲットを透過したＸ線１０９を検出するように構成されるとともに、検出したＸ線に基づいて、像形成ターゲット１１１の像を形成するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態においては、この追加または代替として、像形成ターゲット１１１で反射されたＸ線の検出のため、１つまたは複数のセンサ１１３が配置されていてもよい。
【００７４】
像形成ターゲット１１１は、たとえば患者の身体の全部または一部であってもよく、センサ１１３により検出されたＸ線が、患者の身体の内部構造の少なくとも一部を解像する像の形成に用いられるようになっていてもよい。あるいは、像形成ターゲット１１１は、貨物が隠れたコンテナ等の非医療用像形成ターゲット１１１であってもよい。このような用途において、センサ１１３により検出されたＸ線は、コンテナ内に隠れた１つまたは複数の物体を解像する像の形成に用いられるようになっていてもよい。
【００７５】
図１に示す装置は、Ｘ線像形成システム１００として説明したが、装置の全部または一部が像形成以外の目的で使用されるようになっていてもよい。たとえば、マイクロ波発生システム２００、加速器１０３、およびターゲット材１０７は一体的に、像形成以外の目的で使用可能なＸ線発生システムを構成する。たとえば、ターゲット材１０７から放出されるＸ線１０９は、医療的治療目的で使用されるようになっていてもよい。さらに、マイクロ波発生システムおよび加速器１０３は一体的に、Ｘ線の発生以外の目的で使用可能な電子加速システムを構成する。たとえば、いくつかの用途においては、ターゲット材１０７が電子ビームＥの経路から除去され、電子ビームＥ自体が医療的治療目的で使用されるようになっていてもよい。
【００７６】
図２Ａは、本発明の一実施形態に係る、マイクロ波発生システム２００の模式図である。前述の通り、マイクロ波発生システム２００は、パルス発生器２０１、マイクロ波発生器２０２、およびパルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に接続されたインピーダンスネットワーク２０３を備える。マイクロ波発生システム２００は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に延びた伝送路２０４をさらに備えており、パルス発生器２０１から出力された電力パルスをマイクロ波発生器２０２へと伝送するように構成されている。
【００７７】
パルス発生器２０１は、電力パルスを形成するのに適した任意の構成要素を備えていてもよい。パルス発生器２０１は、たとえばパルス形成ネットワークを備えていてもよい。パルス発生器２０１は、（たとえば、ＤＣ電源への接続によって）定期的に充電され、放電によって電力パルスを出力するコンデンサ等の１つまたは複数の電荷蓄積デバイスを備えていてもよい。
【００７８】
図２Ａに示す実施形態において、伝送路２０４は、パルス変成器２０６を含む。パルス変成器２０６は、パルス発生器２０１から出力されるパルスの電圧を上げて、マイクロ波発生器２０２に与えられるパルスの電圧を高くするように構成されている。パルス発生器２０１およびパルス変成器２０６の組み合わせは、パルス変成器型電力変調器と称し得るが、実際には、単一の装置としてパッケージングされていてもよい。
【００７９】
図２Ｂは、本発明の別の実施形態に係る、マイクロ波発生システム２００の模式図である。図２Ｂに示す実施形態において、パルス発生器２０１は、複数のパルス発生モジュール２５１の形態で設けられている。各パルス発生モジュール２５１は、電力パルスを形成するのに適した構成要素を備えていてもよい。たとえば、パルス発生モジュール２５１は、（たとえば、スイッチング回路によって）定期的に充電および放電されて電力パルスを出力する１つまたは複数の電荷蓄積デバイス（コンデンサ等）を備えていてもよい。
【００８０】
パルス発生モジュール２５１は、複数のパルス変成器２０６の一次側に接続されている。パルス変成器２０６の二次側は、互いに接続されて、誘導性加算器２０８を構成する。誘導性加算器２０８とマイクロ波発生器２０２との間には伝送路２０４が延びており、（複数のパルス発生モジュール２５１の形態の）パルス発生器２０１から出力された電力パルスをマイクロ波発生器２０２へと伝送するように構成されている。図２Ａの実施形態と同様に、インピーダンスネットワーク２０３がパルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に接続されている。
【００８１】
図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態は、パルス発生器２０１、マイクロ波発生器２０２、およびインピーダンスネットワーク２０３を具備するマイクロ波発生システム２００の例示的な実施形態として示しているに過ぎない。他の実施形態においては、マイクロ波発生システム２００を構成する代替的または付加的な構成要素が設けられていてもよい。マイクロ波発生システムに関する以下の説明は、図２Ａおよび図２Ｂの実施形態ならびにパルス発生器２０１、マイクロ波発生器２０２、およびインピーダンスネットワーク２０３を備えるマイクロ波発生システムの他の実施形態の両者に適用可能である。
【００８２】
マイクロ波発生器２０２は、たとえばマグネトロンを含んでいてもよい。他の実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、クライストロン、ベータトロン、ジャイロトロン、マイクロトロン、または他の形態のマイクロ波発生器等、他の形態であってもよい。一般的に、マイクロ波発生器２０２は、パルス発生器２０１から受信された電力パルスと関連付けられたエネルギーの少なくとも一部をマイクロ波に変換する。
【００８３】
マイクロ波発生器２０２は、およそ３００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ８００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２は、およそ１０ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ１００ｋＷよりも大きなピーク電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２は、およそ５０ＭＷ未満のピーク電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００８４】
マイクロ波発生器２０２は、Ｓ帯域（およそ２〜４ＧＨｚ）、Ｃ帯域（およそ４〜８ＧＨｚ）、および／またはＸ帯域（およそ８〜１２ＧＨｚ）の周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ２ＧＨｚよりも高い周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ３ＧＨｚよりも高い周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２は、およそ１２ＧＨｚ未満の周波数を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００８５】
いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、像形成用途（たとえば、医療用像形成）での使用に適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。たとえば、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、像形成（たとえば、医療用像形成）目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。このような実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ３００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２は、およそ１．５ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００８６】
いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、医療的治療用途での使用に適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。たとえば、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、医療的治療目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。この追加または代替として、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器を駆動して、電子ビーム療法目的に適したパワーを有する電子を加速させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。このような実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ１．５ＭＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２は、およそ１０ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００８７】
いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、貨物の像形成等の像形成用途での使用に適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。たとえば、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器を駆動して電子を加速させることにより、貨物像形成および／または走査目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適したマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。このような実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、およそ３００ｋＷよりも大きな電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２は、およそ１０ＭＷ未満の電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。
【００８８】
すべての範囲および値（たとえば、電力および／または周波数の値および／または範囲）は、例示目的で示しているに過ぎず、何らかの制限効果を有するものとは解釈されないものとする。
【００８９】
以下、マイクロ波発生器２０２がマグネトロンの形態で実現された実施形態を説明する。ただし、クライストロン、ベータトロン、ジャイロトロン、マイクロトロンの形態、または他の形態のマイクロ波発生器等、マイクロ波発生器２０２が異なる形態で実現された実施形態においても、同様の考察および構成が当てはまり得る。
【００９０】
マグネトロン２０２は、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）およびアノード（ａｎｏｄｅ）を備える。カソードとアノードとの間には、磁場を発生させる磁石がさらに設けられている。カソードとアノードとの間には、電位差が印加される。たとえば、パルス発生器２０１から受信された電圧パルスがカソードおよびアノードにわたって印加されて、カソードとアノードとの間にパルス状の電位差を生じる。マグネトロン２０２により放出されるマイクロ波の電力は、少なくとも部分的に、パルス発生器２０１から受信されたパルスの電力と、マグネトロン２０２のカソードとアノードとの間に生じた磁場の強度とによって決まる。
【００９１】
図３は、マグネトロン２０２の性能チャートの模式的表現図である。図３に示すチャートの横軸および縦軸はそれぞれ、マグネトロン２０２に与えられる電力パルスのピーク電流およびパルス電圧を表す。図３のチャート中の各場所は、マグネトロン２０２の動作点と称し得る、電流と電圧の異なる組み合わせを表す。図３のチャートには、所与の量が一定を保つ異なる動作点をつなぐ多くの曲線を含む。Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3、およびＺ4と表示された実線は、マグネトロンのインピーダンスが一定の動作点をつないでおり、それぞれ、異なるマグネトロンインピーダンスＺ1〜Ｚ4を表す。Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、およびＰ5と表示された破線は、マグネトロン２０２の出力電力が一定の動作点をつないでおり、それぞれ、異なる出力電力Ｐ1〜Ｐ5を表す。Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3、およびＢ4と表示された一点鎖線は、マグネトロン２０２のカソードとアノードとの間の磁場密度が一定の動作点をつないでおり、それぞれ、異なる磁場密度Ｂ1〜Ｂ4を表す。η1、η2、およびη3と表示された点線は、マグネトロンの効率が一定の動作点をつないでおり、それぞれ、異なるマグネトロン効率η1〜η3を表す。マグネトロン２０２の効率ηは、マグネトロン２０２への電力入力に対するマイクロ波としての電力出力の比である。
【００９２】
図３の曲線に付与されたラベルは、さまざまな量の相対的な大きさを昇順に表す。たとえば、Ｐ2と表示された曲線により表される電力は、Ｐ1と表示された曲線により表される電力よりも大きく、Ｐ3と表示された曲線により表される電力は、曲線Ｐ2により表される電力よりも大きく、Ｐ4と表示された曲線により表される電力は、Ｐ3と表示された曲線により表される電力よりも大きく、以下同様である。同じことがインピーダンスＺ1〜Ｚ4、磁場密度Ｂ1〜Ｂ4、および効率η1〜η3にも当てはまる。
【００９３】
上述の通り、マイクロ波発生器２０２により出力されるマイクロ波の電力を変化させるのが望ましい場合が多い。図３から分かるように、マグネトロンの出力電力は、マグネトロンの異なる動作点への変更による異なる電力曲線Ｐ1〜Ｐ5間の移動によって、変化し得る。
【００９４】
パルス発生器２０１は、出力する電力パルスの電力を変化させることによって、マイクロ波発生器２０２に与えられる電力パルスを変化させるように動作可能である。たとえば、パルス発生器２０１は、出力するパルスの電圧を変化させることによって、マグネトロン２０２に与えられるパルスの電圧を変化させるように動作可能であってもよい。
【００９５】
図３に見られるように、マグネトロン２０２に与えられるパルス電圧を変化させると、マグネトロン２０２の動作点が変化することになるため、マグネトロン２０２の出力電力を変化させるのに使用可能である。たとえば、原理上は、パルス発生器２０１により出力されてマグネトロン２０２に与えられるパルスの電圧を下げることによって、たとえば電力レベルＰ5から電力レベルＰ4まで、マグネトロンの出力電力を下げることも可能である。ただし、マグネトロンに与えられる入力パルスの電圧を下げてマグネトロンの動作点を変更するだけでは、マグネトロンのインピーダンスＺも変化してしまう可能性がある。マグネトロンのインピーダンスＺの変化は、マグネトロンとパルス発生器２０１とのインピーダンス不整合をもたらし得る。マグネトロンとパルス発生器２０１とのインピーダンス不整合は、たとえばインピーダンス不整合での電力反射によって、パルス発生器２０１とマグネトロンとの間のパルスの伝送に影響を及ぼし得るとともに、マグネトロン２０２に与えられるパルスの形状に悪影響を及ぼし得る。
【００９６】
マグネトロン２０２に与えられるパルスの形状は、マグネトロン２０２により出力されるマイクロ波の電力および／または周波数に影響を及ぼす可能性がある。一般的には、頂部が実質的に平坦な電圧パルスをマグネトロン２０２に与えるのが望ましいと考えられる。すなわち、パルスの持続時間全体にわたって、電圧の大きさが実質的に一定を保つ。電圧パルスにおける電圧の大きさの変動は、マグネトロン２０２により出力されるマイクロ波の周波数の変動をもたらす可能性がある。このことは、図１を参照して上述した通り、発生したマイクロ波が粒子加速器１０３への給電に用いられる場合に、特に不都合となり得る。粒子加速器１０３は、当該加速器１０３においてマイクロ波が電子の加速に有効利用される受信周波数帯域が比較的狭いと考えられる。たとえば、加速器１０３に与えられるマイクロ波の周波数がキャビティ１０５の共鳴周波数から実質的に逸脱している場合、電子ビームＥの加速にマイクロ波のエネルギーが使用される効率は、大幅に低下する可能性がある。
【００９７】
一般的に、マグネトロン２０２が動作して電力を粒子加速器１０３に与える効率および安定性は、パルス発生器２０１とマグネトロン２０２とのインピーダンス不整合によって大幅に低下し得る。
【００９８】
図３を再び参照すると、マグネトロン２０２の電力出力を変化させ得る別の方法は、磁場密度Ｂの変更である。これは、発生する磁場強度を変化させるように動作可能な電磁石がマグネトロン２０２に設けられている場合に可能となり得る。マグネトロン２０２において磁場密度Ｂを変化させることにより、原理上は、マグネトロン２０２とパルス発生器２０１とのインピーダンス不整合を生じることなく、マグネトロン２０２の電力出力を変化させることができる。たとえば、マグネトロン２０２の動作点は、マグネトロン２０２の磁場密度Ｂを変えることにより、インピーダンス曲線に沿って変化し得る。このような一例として、図３に示す第１の動作点３０１と同じく図３に示す第２の動作点３０２との間でインピーダンス曲線Ｚ1に沿って、マグネトロン２０２の動作点を移動させることも可能である。このような例において、マグネトロン２０２の出力電力は、マグネトロン２０２のインピーダンスＺ1の変化なく、第１の動作点３０１における電力Ｐ4から第２の動作点における電力Ｐ2まで低下する。
【００９９】
図３に見られるように、第１の動作点３０１と第２の動作点３０２との間の移動には、磁場密度Ｂおよびパルス電圧の低下が必要である。さらに、インピーダンス曲線Ｚ1上に保ったまま、マグネトロン２０２の出力電力をさらに低下させるには、パルス電圧および磁場密度Ｂをさらに低下させる必要がある。ただし、マグネトロン２０２は、安定動作が可能な動作点の範囲が限られている場合がある。たとえば、パルス電圧が閾値電圧（たとえば、およそ３０ｋＶと考えられる）未満に低下すると、マグネトロン２０２の動作が不安定になり得る。このように不安定になると、たとえばパルスが失われ、所与の入力電圧パルスに対して、マイクロ波エネルギーがほとんど出力されなくなったり、まったく出力されなくなったりする可能性もある。
【０１００】
したがって、マグネトロン２０２のインピーダンスを変えることなく、マグネトロン２０２の磁場密度を変化させてマグネトロン２０２の出力電力を変化させることは、出力電力の限られたダイナミックレンジ内においてのみ可能となり得る。インピーダンスネットワーク２０３によれば、パルス発生器２０１とマグネトロン２０２との大きなインピーダンス不整合を生じることなく、マグネトロン２０２の電力ダイナミックレンジを拡大することができて都合が良い。インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である。たとえば、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１により出力される電力パルスの電力の変化に従って、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能であってもよい。
【０１０１】
図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３は、伝送路２０４と電気接地２０５との間に接続されている。したがって、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１にわたって効果的に接続され、伝送路２０４と電気接地２０５との間のインピーダンスを変化させてパルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である。
【０１０２】
本明細書において、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生手段との間に接続されたものとして説明している。ただし、当然のことながら、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に延びた伝送路２０４と直列には接続されていない。本明細書において、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に接続されたインピーダンスネットワーク２０３の参照は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に延びた伝送路２０４へのインピーダンスネットワーク２０３の接続を示すことを意図しているに過ぎない。インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０１との間に所望のインピーダンスを与えるように接続されている。
【０１０３】
図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３は、伝送路２０４と電気接地２０５との間の第１の電気経路２１０および伝送路２０４と電気接地２０５との間の第２の電気経路２１２を備える。第１の経路２１０は第１のインピーダンス２１１を有し、第２の経路２１２は第２のインピーダンス２１３を有する。第２の経路２１２は、開閉されることによって第２の経路２１２を切断および接続することにより、伝送路２０４と電気接地２０５との間のインピーダンスを変化させ得るスイッチＳを含む。スイッチＳが開放された場合、伝送路２０４と電気接地２０５との間のインピーダンスは、第１のインピーダンス２１１のみによって決まる。スイッチＳが閉鎖された場合、伝送路２０４と電気接地との間のインピーダンスは、第１のインピーダンス２１１および第２のインピーダンス２１３の並列組み合わせであり、第１のインピーダンス２１１のみの場合よりも低くなる。したがって、スイッチＳの閉鎖により、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを低下させ得る。図２Ａおよび図２Ｂに示すインピーダンスネットワーク２０３の実施形態は、例示目的で示した単純な実施形態である。当然のことながら、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように動作し得る切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３の多くの異なる実施形態が提供されてもよく、その一部を以下により詳しく説明する。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３は、複数のコンデンサと、開放された場合にコンデンサの第１の部分集合がパルス発生器２０１にわたって接続され、閉鎖された場合にコンデンサの第２の部分集合がパルス発生器２０１にわたって接続されるように構成された少なくとも１つのスイッチと、を含む。コンデンサの第１の部分集合は、スイッチの開閉によってキャパシタンスおよびインピーダンスネットワーク２０３が与えるインピーダンスが変化するように、コンデンサの第２の部分集合と異なる合成キャパシタンスを有していてもよい。
【０１０５】
一般的に、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１により出力される電力パルスの電力の変化に従って、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である。たとえば、インピーダンスネットワーク２０３は、マイクロ波発生器２０２に与えられるパルスの所与の入力電力に関して、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させることにより、マイクロ波発生器２０２のインピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させるように切り替えられるようになっていてもよい。すなわち、インピーダンスネットワーク２０３は、マイクロ波発生器２０２およびインピーダンスネットワーク２０３の合成インピーダンスがパルス発生器２０１のインピーダンスと実質的に整合するように、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように動作可能であってもよい。マイクロ波発生器２０２のインピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させることにより、マイクロ波発生器２０２に与えられる電圧パルス形状の劣化が抑えられ得る。
【０１０６】
本明細書において、第２のインピーダンス（たとえば、パルス発生器のインピーダンス）と実質的に整合した第１のインピーダンス（たとえば、マイクロ波発生器のインピーダンス）の参照は、第１および第２のインピーダンス間の差が第１のインピーダンスのおよそ１０％以下であることを意味するものと解釈され得る。
【０１０７】
図３を再び参照するとともにマグネトロン２０２の例を考慮して、インピーダンスネットワーク２０３は、マグネトロン２０２の動作に悪影響をもたらす大きなインピーダンス不整合を生じることなく使用可能なマグネトロン２０２の動作点の範囲を拡大する。いずれもインピーダンス曲線Ｚ1上に存在する第１の動作点３０１と第２の動作点３０２との間の移動によってマグネトロン２０２の出力電力が電力Ｐ4と電力Ｐ2との間で変化し得る一例を上述した。ただし、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３により、第３の動作点３０３への移動によって出力電力Ｐ2に達する可能性もある。第３の動作点３０３は、マグネトロンのインピーダンスが第１の動作点３０１および第２の動作点３０２におけるインピーダンスＺ1よりも高いインピーダンス曲線Ｚ4上に存在する。パルス発生器２０１とマグネトロン２０２との大きなインピーダンス不整合を防止するため、インピーダンスネットワーク２０３は、たとえば第１の動作点３０１から第３の動作点３０３まで、遷移時のパルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように切り替え可能である。したがって、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、パルス発生器２０１とマグネトロン２０１との実質的なインピーダンス不整合を生じることなく、第１の動作点３０１および第３の動作点３０３の両者において、マグネトロン２０２の安定動作が可能となり得る。すなわち、パルス発生器２０１とマグネトロン２０１との間のインピーダンスの如何なる差も、パルス発生器２０１および／またはマグネトロン２０１のインピーダンスのおよそ１０％以内に保持され得る。
【０１０８】
図３から分かるように、第２の動作点３０２および第３の動作点３０３は、同じ出力電力Ｐ2となる。ただし、第３の動作点３０３は、第２の動作点３０２よりも高いパルス電圧に対応する。上記説明の通り、マグネトロン２０２の動作は低いパルス電圧で不安定となり得るため、マグネトロン２０２の動作の安定性は、第２の動作点３０２と比較した場合に、第３の動作点３０３で向上し得る。したがって、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、動作の安定性が向上するマグネトロン２０２の動作点において、マグネトロン２０２の所与の出力電力に達し得る。
【０１０９】
さらに、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、マグネトロン２０２により与えられ得る出力電力のダイナミックレンジを拡大可能となり得る。たとえば、マグネトロン２０２の出力電力は、第４の動作点３０４への移動によって、電力Ｐ1へとさらに低下し得る。第４の動作点におけるマグネトロン２０２の安定動作は、第４の動作点３０４において、パルス発生器２０１のインピーダンスをマグネトロン２０２に対して実質的に整合させるパルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを与えるようにインピーダンスネットワーク２０３を切り替えることにより実現され得る。第４の動作点３０４は、たとえば第２の動作点３０２と比較した場合に、相対的に高いパルス電圧に対応するとともに、第１の電力Ｐ1およびインピーダンス曲線Ｚ1上の動作点に対応する。出力電力Ｐ1およびインピーダンス曲線Ｚ1上の動作点は、たとえばマグネトロン２０２の動作が不安定になるパルス電圧に対応していてもよい。したがって、出力電力Ｐ1におけるマグネトロン２０２の安定動作は、マグネトロン２０２の動作がインピーダンス曲線Ｚ1に限られる場合には可能となり得ない。一方、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、インピーダンスの切り替えによってより広範囲の動作点を使用可能とすることにより、電力Ｐ1におけるマグネトロン２０２の安定動作が可能となる。したがって、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、マグネトロン２０２の安定動作中に与えられ得るマグネトロン２０２の出力電力のダイナミックレンジが拡大する。
【０１１０】
また、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、マグネトロン２０２の所与の出力電力における効率ηを向上させた状態でマグネトロン２０２が動作可能となり得る。たとえば、第２の動作点３０２および第３の動作点３０３は、マグネトロン２０２の同じ出力電力Ｐ2となる。ただし、第３の動作点３０３における効率は、第２の動作点３０２における効率よりも高い。したがって、所与の所望出力電力の場合、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、マグネトロン２０２は、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを切り替えてマグネトロン２０２の動作点におけるインピーダンスを整合させることにより効率を向上し得る動作点において動作可能となり得る。
【０１１１】
マグネトロンが動作可能な異なる動作点に関して図３を参照しつつ上述した説明においては、異なる動作点に達するため、マグネトロン２０２の磁場密度Ｂが可変であるものと仮定した。ただし、いくつかの実施形態において、マグネトロン２０２は、永久磁石を含んでいてもよいため、マグネトロン２０２の磁場密度Ｂが固定され得る。図３から分かるように、マグネトロン２０２の磁場密度Ｂが固定された場合は、インピーダンスＺが変化する動作点への移動によってのみ、マグネトロン２０２の出力電力Ｐが変化し得る。したがって、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３がなければ、磁場密度Ｂが固定されたマグネトロンの出力電力が変化すると、パルス発生器２０１とマグネトロン２０２とのインピーダンス不整合が生じることになる。
【０１１２】
切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、パルス発生器２０１とマグネトロン２０２とのインピーダンス不整合を生じることなく、磁場が固定されたマグネトロン２０２の出力電力を変化させることができる。たとえば、マグネトロン２０２の動作点は、磁場密度曲線に沿って変化可能であり、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスは、磁場密度曲線上でマグネトロン２０２の異なる動作点において、パルス発生器２０１のインピーダンスをマグネトロン２０２のインピーダンスに対して実質的に整合させるように切り替え可能である。
【０１１３】
以上、マグネトロンにより出力されるマイクロ波の電力を変化させるためにマグネトロンの動作点を変化させる状況において、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３を設ける利点を説明した。この追加または代替として、マイクロ波発生システム２００の寿命にわたってその１つまたは複数の構成要素の特性の変化を補償するのに、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３が用いられるようになっていてもよい。たとえば、マグネトロンの実用的な寿命にわたって、所与の動作点におけるマグネトロンのインピーダンスは、変化し得る。このような状況において、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３は、当該インピーダンスネットワーク２０３およびマグネトロン２０２の合成インピーダンスを変化させることにより、合成インピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させるのに用いられるようになっていてもよい。たとえば、マグネトロン２０２のインピーダンスが経時的に高くなった場合は、パルス発生器２０１にわたっての低いインピーダンスを与えることにより、マグネトロン２０２のインピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させるように、インピーダンスネットワーク２０３が切り替えられるようになっていてもよい。
【０１１４】
図２Ａに示す実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス変成器２０６とマイクロ波発生器２０２との間に接続されている。すなわち、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス変成器２０６とマイクロ波発生器２０２との間で伝送路２０４に接続されている。ただし、他の実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１とパルス変成器２０６との間で伝送路２０４に接続されていてもよい。
【０１１５】
同様に、図２Ｂに示す実施形態においては、インピーダンスネットワーク２０３が誘導性加算器２０８とマイクロ波発生器２０２との間に接続されているが、他の実施形態においては、インピーダンスネットワークがパルス発生器２０１と誘導性加算器２０８との間に接続されていてもよい。
【０１１６】
通常、パルス発生器２０１およびマイクロ波発生器２０２は、接続してマイクロ波発生システムを構成可能な別個の装置としてパッケージングされている。切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３は、パルス発生器２０１および切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３を含むパルス発生装置の一部として設けることも可能である。パルス発生装置は、パルス変成器２０６および／または誘導性加算器２０８をさらに備えていてもよい。この追加または代替として、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３は、マイクロ波発生器２０２および切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３を含むマイクロ波発生装置の一部として設けることも可能である。この追加または代替として、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３は、マイクロ波発生システム２００、パルス発生装置、および／またはマイクロ波発生装置との接続および併用に適した別個の装置として設けられていてもよい。
【０１１７】
切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３の状態は、１つまたは複数の入力に応答して制御されるようになっていてもよい。たとえば、切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３を構成する１つまたは複数のスイッチの状態は、入力信号の受信に応答して制御されるようになっていてもよい。したがって、インピーダンスネットワーク２０３により与えられるインピーダンスは、制御信号を（たとえば、制御装置から）インピーダンスネットワーク２０３に送ることにより制御されるようになっていてもよい。マイクロ波発生システムは、たとえばパルス発生器２０１により出力されるパルスの電力（たとえば、パルス電圧）、インピーダンスネットワーク２０３の状態（たとえば、接続インピーダンス）、ならびに／またはマグネトロンの磁束密度の大きさを（たとえば、マグネトロン中の電磁石の状態の制御によって）制御可能な制御装置により制御されるようになっていてもよい。制御装置は、たとえばパルス発生器２０１の電力出力、インピーダンスネットワーク２０３の状態、ならびに／またはマグネトロン２０２の磁束密度を同時に制御することによって、マグネトロン２０２の動作状態および出力電力を変化させることも可能である。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３の状態は、１つまたは複数の他の構成要素の状態の変化に応答するものであってもよい。たとえば、インピーダンスネットワーク２０３は、マグネトロン２０２の一部を構成する電磁石の磁場強度の変化に応答して、パルス発生器２０１にわたってのインピーダンスを変化させるように構成されていてもよい。電磁石の磁場強度の変化は、マグネトロン２０２の動作点が変化していることを示し得る。したがって、インピーダンスネットワーク２０３は、マグネトロンの新たな動作点に適したインピーダンスを与えることにより、磁場強度の変化に応答するようにしてもよい。たとえば、インピーダンスネットワーク２０３は、電磁石により生成される磁場の強度のモニタリングおよび／または電磁石に入力されている制御信号のモニタリングを行うとともに、モニタリングする特性の変化に応答するようにしてもよい。たとえば、電磁石により生成される磁場の強度のモニタリングおよび／または電磁石に入力されている制御信号のモニタリングを行うため、１つまたは複数のセンサが設けられていてもよい。１つまたは複数のセンサにより与えられる出力に応答してインピーダンスネットワーク２０３を制御するコントローラがさらに設けられていてもよい。
【０１１９】
１つまたは複数の他の構成要素の状態（マグネトロンの電磁石および／またはマグネトロンの磁場強度の状態等）の変化に応答するインピーダンスネットワーク２０３は、当該インピーダンスネットワークの動作に付加的な制御インフラが必要ないことを意味し得る。たとえば、インピーダンスネットワーク２０３がマグネトロン２０２の磁場強度に応答する実施形態において、マグネトロン２０２は、その磁場強度を調整することにより、その動作状態を変化させるように制御可能である。インピーダンスネットワーク２０３は、独立した制御コマンドを受信することなく、マグネトロン２０２の磁場強度の変化に応答するようにしてもよい。このような実施形態において、インピーダンスネットワーク２０３は、マグネトロン２０２とともにパッケージングおよび提供されて、当該インピーダンスネットワーク２０３およびマグネトロン２０２を備えたマイクロ波発生装置を構成していてもよい。
【０１２０】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃは、本発明の実施形態に係る、インピーダンスネットワークの模式図である。インピーダンスネットワーク４０１の第１の実施形態を図４Ａに示し、インピーダンスネットワーク４０２の第２の実施形態を図４Ｂに示し、インピーダンスネットワークの第３の実施形態を図４Ｃに示している。第１の実施形態４０１、第２の実施形態４０２、および第３の実施形態４０３は、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上述したマイクロ波発生システム２００での使用に適している。
【０１２１】
インピーダンスネットワークの第１の実施形態４０１、第２の実施形態４０２、および第３の実施形態４０３はそれぞれ、第１の接続部４５１および第２の接続部４５２を含む。第１の接続部４５１は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に延びた伝送路への接続に適している。たとえば、第１の接続部４５１は、図２Ａおよび図２Ｂに示すパルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０３との間に延びた伝送路２０４に接続されていてもよい。第２の接続部４５２は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、電気接地４０５への接続に適している。両実施形態４０１、４０２とも、第１の接続部４５１とインピーダンスネットワークの他の構成要素との間に接続された抵抗器Ｒを含む。抵抗器Ｒは、第１の接続部４５１とインピーダンスネットワーク４０１、４０２の他の構成要素との間の固定抵抗を与えていてもよい。
【０１２２】
図４Ａに示すインピーダンスネットワーク４０１の第１の実施形態は、第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、第３のコンデンサＣ3、および第４のコンデンサＣ4を含む。第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2は、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に延びた第１の電気経路に設けられている。第３のコンデンサＣ3および第４のコンデンサＣ4は、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に延びた第２の電気経路に設けられている。第２の電気経路は、スイッチＳを含む。スイッチＳは、開閉されることによって、第２の電気経路を切断および接続するように動作可能である。
【０１２３】
スイッチＳが開放された場合、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスひいてはインピーダンスは、第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2のみによって決まる。スイッチＳが閉鎖された場合、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスひいてはインピーダンスは、第１および第２の電気経路の並列キャパシタンスおよびインピーダンスによって決まる。したがって、スイッチＳの開閉により、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に与えられるキャパシタンスひいてはインピーダンスが変化する。
【０１２４】
図４Ｂに示すインピーダンスネットワーク４０２の第２の実施形態は、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間で互いに直列接続された第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、および第３のコンデンサＣ3を含む。スイッチＳは、第３のコンデンサＣ3にわたって接続されている。スイッチＳは、開放によって、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間の電気経路に第３のコンデンサＣ3を含むように動作可能である。さらに、スイッチＳは、閉鎖によって、第３のコンデンサＣ3の周りで短絡回路を与えるように動作可能である。すなわち、スイッチＳの開閉により、第３のコンデンサＣ3の周りで短絡回路が切断および接続される。
【０１２５】
スイッチＳが開放された場合、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスひいてはインピーダンスは、第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、および第３のコンデンサＣ3の直列キャパシタンスおよびインピーダンスによって決まる。スイッチＳが閉鎖された場合は、第３のコンデンサＣ3の周りに短絡回路が与えられるため、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスひいてはインピーダンスは、第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2のみの直列キャパシタンスおよびインピーダンスによって決まる。スイッチＳの開閉により、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に与えられるキャパシタンスひいてはインピーダンスが変化する。
【０１２６】
図４Ｃに示すインピーダンスネットワーク４０３の第３の実施形態は、第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、第３のコンデンサＣ3、および第４のコンデンサＣ4を含む。第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2は、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に延びた第１の電気経路に設けられている。第３のコンデンサＣ3および第４のコンデンサＣ4は、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に延びた第２の電気経路に設けられている。第１の電気経路は第１のスイッチＳ1を含み、第２の電気経路は第２のスイッチＳ2を含む。第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2は、開閉されることによって、第１および第２の電気経路をそれぞれ切断および接続するように動作可能である。
【０１２７】
第１Ｓ1および第２Ｓ2のスイッチＳ1は、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間に与えられるキャパシタンスおよびインピーダンスが３つの異なる値の間で切り替えられ得るように、スイッチングの３つの異なる組み合わせを提供する。たとえば、第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2がともに閉鎖された場合、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスおよびインピーダンスは、第１および第２の電気経路の並列組み合わせによって決まる。第１のスイッチＳ1が閉鎖され、第２のスイッチＳ2が開放された場合、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスおよびインピーダンスは、第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2の直列組み合わせによって決まる。第１のスイッチＳ1が開放され、第２のスイッチＳ2が閉鎖された場合、第１の接続部４５１と第２の接続部４５２との間のキャパシタンスおよびインピーダンスは、第３のコンデンサＣ3および第４のコンデンサＣ3の直列組み合わせによって決まる。したがって、第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2の直列キャパシタンスが第３のコンデンサＣ3および第４のコンデンサＣ4の直列キャパシタンスと異なる場合、インピーダンスネットワーク４０３は、３つの異なるインピーダンスの間で切り替え可能である。
【０１２８】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示すインピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３の実施形態において、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、少なくとも１つのスイッチＳが開放された場合に与えられる少なくとも１つの第１のインピーダンスとスイッチＳが閉鎖された場合に与えられる第２のインピーダンスとの間で切り替え可能である。第１のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０３の第１の動作点に適していてもよく、第２のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０３の第２の動作点に適していてもよい。第１のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０３の第１の動作点において、マイクロ波発生器２０３のインピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させるようにしてもよい。第２のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０３の第２の動作点において、マイクロ波発生器２０３のインピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させるようにしてもよい。
【０１２９】
実施形態４０１、４０２、４０３のうちの１つまたは複数において、スイッチＳのうちの少なくとも１つは、真空または空気リレースイッチ等のリレースイッチであってもよい。通常、パルス発生器２０１からマイクロ波発生器２０２に伝送される電圧パルスは、比較的高い電圧を有する。たとえば、パルスの電圧は、およそ４０ｋＶのオーダであってもよい。したがって、スイッチＳは動作時に、高い電圧にさらされ得る。真空または空気リレースイッチは通常、高い電圧に耐え得るため、スイッチＳが動作時にさらされ得る電圧レベルに耐えるのに適している。
【０１３０】
医療用像形成および／または治療目的でマイクロ波発生システム２００が粒子加速器１０３にマイクロ波を供給する実施形態において、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、比較的低頻度に異なるインピーダンスレベル間で切り替わるようになっていてもよい。たとえば、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器１０３を駆動して電子を加速させることにより、医療用像形成目的に適したパワーを有するＸ線を発生させるのに適した第１の出力電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。インピーダンスネットワーク４０１、４０２は、第１の出力電力を有するマイクロ波の発生時に、第１の状態に切り替えられて（たとえば、スイッチＳが開放されて）、第１のインピーダンスを与えるようにしてもよい。さらに、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器１０３を駆動して医療的治療目的で電子を加速させるのに適した第２の出力電力を有するマイクロ波を発生させるように動作可能であってもよい。インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、第２の出力電力を有するマイクロ波の発生時に、第２の状態に切り替えられて（たとえば、スイッチＳが閉鎖されて）、第２のインピーダンスを与えるようにしてもよい。
【０１３１】
マイクロ波発生器２０２は、像形成および治療対象の患者ごとに１回または２回、第１の電力レベルでの動作と第２の電力レベルでの動作とを切り替えるのみであってもよい。たとえば、マイクロ波発生器２０２は、患者の身体の一部が像形成される期間（数秒あるいは数分であってもよい）にわたって第１の電力レベルで動作した後、切り替えられて、患者の身体の一部に治療線が送達される期間（数秒あるいは数分であってもよい）にわたって第２の電力レベルで動作するようになっていてもよい。したがって、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、第１および第２のインピーダンス間で比較的低頻度に切り替えられるようになっていてもよい。このような実施形態において、真空または空気リレースイッチは、意図する用途に応じて十分高速に、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３を切り替え可能であってもよい。
【０１３２】
他の実施形態において、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、より高頻度に異なる状態間で切り替えられるようになっていてもよく、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３の一部を構成するスイッチＳは、比較的高速に異なる状態間を切り替え可能であってもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、マイクロ波発生器は、Ｘ線を発生させるマイクロ波を与えることにより、複数の異なるＸ線エネルギーで像形成ターゲットの像形成を行うようにしてもよい。このような実施形態においては、比較的短期間のうちに、異なるエネルギーのＸ線を像形成ターゲット上に案内するのが望ましいと考えられる。たとえば、第１のエネルギーを有する単一のＸ線パルスが像形成ターゲットに入射するように案内された後、第２のエネルギーを有する単一のＸ線パルスが案内されるようになっていてもよい。したがって、マイクロ波発生器２０２は、パルスごとに第１および第２の電力レベル間で切り替わるようになっていてもよく、このため、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、パルスごとに異なるインピーダンス間で切り替えられるようになっていてもよい。このような実施形態において、パルス周波数は、およそ１５０ヘルツのオーダであってもよく、このため、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３は、同様の周波数にて異なるインピーダンス間で切り替えられるようになっていてもよい。真空または空気リレースイッチ等のリレースイッチは、このような周波数で切り替え可能でなくてもよい。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、インピーダンスネットワーク４０１、４０２、４０３の一部を構成するスイッチＳは、リレースイッチよりも高周波数で切り替え可能であってもよい。たとえば、半導体スイッチ等の少なくとも１つの電子スイッチである。半導体スイッチは、たとえばソリッドステート電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を含んでいてもよく、これらが用いられるようになっていてもよい。ＦＥＴまたはＩＧＢＴ等の一般的な半導体スイッチは通常、高周波数で動作可能であり、特に、およそ１００ヘルツ以上のオーダの周波数で動作可能であってもよい。電子スイッチの他の実施形態は、たとえばサイラトロン、四極管、および／または三極管を含んでいてもよい。
【０１３４】
半導体スイッチは通常、高周波動作が可能であるが、降伏までに耐えられる電圧は、真空または空気リレースイッチが耐え得る電圧ほどは高くない。いくつかの実施形態においては、スタック状の複数の半導体スイッチが設けられ、スタック状のスイッチ間で電圧が共有されるとともに、各スイッチがさらされる電圧が（単一のスイッチを使用する場合と比べて）低下するようになっていてもよい。いくつかの実施形態においては、スイッチＳが１つまたは複数のコンデンサの周りで短絡回路を与える図４Ｂに示すような構成において、１つまたは複数の半導体スイッチが使用されるようになっていてもよい。このような構成において、スイッチＳがさらされる電圧は、スイッチＳが電気経路を接続および切断するように構成された図４Ａおよび図４Ｃに示すような構成よりも低くなり得る。
【０１３５】
図４Ａおよび図４Ｂに示す実施形態においては、第１および第２のインピーダンス間で切り替え可能なインピーダンスネットワークが設けられている。このようなインピーダンスネットワークは、マイクロ波発生器２０２が第１および第２の電力レベルでのみ動作する実施形態においての使用に適し得る。たとえば、医療用像形成目的の第１の電力レベルおよび医療的治療目的の第２の電力レベルでマイクロ波発生器２０２が動作する実施形態においては、第１および第２の電力レベルにそれぞれ適した第１および第２のインピーダンス間で切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３が用いられるようになっていてもよい。
【０１３６】
いくつかの実施形態においては、３つ以上の異なる電力レベルでマイクロ波発生器２０２を動作させるのが望ましいと考えられる。たとえば、複数の異なるＸ線エネルギーで像形成ターゲットに入射するようにＸ線が案内される実施形態においては、３つ以上の異なるエネルギーレベルでＸ線を発生させるのが望ましいと考えられる。Ｘ線は、異なる各エネルギーレベルにおいて、像形成対象の材料からの異なる応答を励起し得る。したがって、像形成目的で使用されるエネルギーレベルの数を増やすことにより、得られる像の解像度が高くなって、異なる物体を識別する能力が高くなる可能性がある。このような実施形態において、マイクロ波発生器２０２は、３つ以上の異なる電力レベルで動作可能であってもよい。したがって、３つ以上の異なるインピーダンス値間でインピーダンスを変化させることにより、マイクロ波発生器２０２が動作する異なる電力レベルごとに好適なインピーダンスが与えられ得るように切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３（図４Ｃに示すインピーダンスネットワーク４０３等）が設けられていてもよい。
【０１３７】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施形態に係る、インピーダンスネットワークの模式図である。インピーダンスネットワーク５０１の第４の実施形態を図５Ａに示し、インピーダンスネットワーク５０２の第５の実施形態を図５Ｂに示している。第４の実施形態５０１および第５の実施形態５０２は、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上述したマイクロ波発生システム２００での使用に適している。第４の実施形態５０１および第５の実施形態５０２はともに、３つ以上の異なるインピーダンス値間でインピーダンスを変化させるように切り替え可能である。
【０１３８】
図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃに示した実施形態と同様に、インピーダンスネットワークの第４の実施形態５０１および第５の実施形態５０２はともに、第１の接続部５５１および第２の接続部５５２を含む。第１の接続部５５１は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０３との間に延びた伝送路への接続に適している。たとえば、第１の接続部５５１は、図２Ａおよび図２Ｂに示すパルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０２との間に延びた伝送路２０４に接続されていてもよい。第２の接続部５５２は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、電気接地５０５への接続に適している。両実施形態５０１、５０２とも、第１の接続部５５１とインピーダンスネットワークの他の構成要素との間に接続された抵抗器Ｒを含む。抵抗器Ｒは、第１の接続部５５１とインピーダンスネットワーク５０１、５０２の他の構成要素との間の固定抵抗を与えていてもよい。
【０１３９】
図５Ａに示すインピーダンスネットワーク５０１の第４の実施形態は、図４Ａに示す第１の実施形態４０１および図４Ｃに示す第３の実施形態４０３に類似する。第１の接続部５５１と第２の接続部５５２との間に複数の電気経路を含んでおり、電気経路のうちの少なくとも１つが、開閉されることによって経路を切断および接続するように動作可能なスイッチを含むためである。図５Ａの実施形態は、第１の電気経路に設けられた第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2と、第２の電気経路に設けられた第３のコンデンサＣ3および第４のコンデンサＣ4と、第３の電気経路に設けられた第５のコンデンサＣ5および第６のコンデンサＣ6とを含む。第２の電気経路は第１のスイッチＳ1を含み、第３の電気経路は第２のスイッチＳ2を含む。第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2は、開閉されることによって、第２および第３の電気経路をそれぞれ切断および接続するように動作可能である。第１のスイッチＳ1および／または第２のスイッチＳ2は、リレースイッチ（真空または空気リレースイッチ等）であってもよいし、半導体スイッチ等の電子スイッチであってもよい。
【０１４０】
第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2は、スイッチングの４つの異なる組み合わせを提供し、第２および第３の経路の直列キャパシタンスが互いに異なる場合は、４つの異なるインピーダンス値を提供し得る。いくつかの実施形態において、異なる経路のコンデンサのキャパシタンスは、互いに異なっていてもよい。ただし、各経路について、当該経路にわたっての電圧が経路で比較的均等に共有されるように、同じキャパシタンス値を有するコンデンサを含むのが望ましいと考えられる。
【０１４１】
例示的な一実施形態において、第１のコンデンサＣ1および第２のコンデンサＣ2はともに、およそ１３００ｐＦのキャパシタンスを有する。第２のコンデンサＣ2および第３のコンデンサＣ3はともに、およそ７００ｐＦのキャパシタンスを有していてもよい。第３のコンデンサＣ3および第４のコンデンサＣ4はともに、およそ４４０ｐＦのキャパシタンスを有していてもよい。このような実施形態において、第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2のスイッチングの４つの異なる組み合わせは、第１の接続部５５１と第２の接続部５５２との間の合計キャパシタンスがおよそ６５０ｐＦ、８７０ｐＦ、１０００ｐＦ、および１２２０ｐＦとなる。
【０１４２】
図５Ｂに示すインピーダンスネットワーク５０２の第５の実施形態は、図４Ｂに示す第２の実施形態４０２に類似する。それは、第１の接続部５５１と第２の接続部５５２との間に接続された複数のコンデンサと、コンデンサのうちの少なくとも１つにわたって接続されたスイッチとを含み、スイッチが、少なくとも１つのコンデンサの周りで短絡回路を切断および接続するために開閉動作可能なためである。
【０１４３】
図５Ｂの実施形態は、第１の電気経路に設けられた第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、および第３のコンデンサＣ3と、第２の電気経路に設けられた第４のコンデンサＣ4、第５のコンデンサＣ5、および第６のコンデンサＣ6とを含む。第１のスイッチＳ1が第３のコンデンサＣ3にわたって接続され、第２のスイッチＳ2が第６のコンデンサＣ6にわたって接続されている。第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2は、開閉されることによって、それぞれ第３のコンデンサＣ3および第６のコンデンサＣ6の周りで短絡回路を切断および接続するように動作可能である。第１のスイッチＳ1および／または第２のスイッチＳ2は、真空または空気リレースイッチ等であってもよいし、半導体スイッチ等の電子スイッチであってもよい。
【０１４４】
第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2は、スイッチングの４つの異なる組み合わせを提供し、第１および第２の経路の直列キャパシタンスが互いに異なる場合は、４つの異なるインピーダンス値を提供し得る。いくつかの実施形態において、異なる経路のコンデンサのキャパシタンスは、互いに異なっていてもよい。ただし、各経路について、当該経路にわたっての電圧が経路で比較的均等に共有されるように、同じキャパシタンス値を有するコンデンサを含むのが望ましいと考えられる。
【０１４５】
例示的な一実施形態において、第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、および第３のコンデンサＣ3はそれぞれ、およそ１３００ｐＦのキャパシタンスを有する。第３のコンデンサＣ3、第４のコンデンサＣ4、および第５のコンデンサＣ5はそれぞれ、およそ４４０ｐＦのキャパシタンスを有していてもよい。このような実施形態において、第１のスイッチＳ1および第２のスイッチＳ2のスイッチングの４つの異なる組み合わせは、第１の接続部５５１と第２の接続部５５２との間の合計キャパシタンスがおよそ５０７ｐＦ、６５３ｐＦ、７２３ｐＦ、および８７０ｐＦとなる。
【０１４６】
図４Ｂを参照して上述した通り、スイッチＳ1、Ｓ2がコンデンサにわたって接続された図５Ｂの構成において、スイッチＳ1、Ｓ2は、図５Ａに示す構成のスイッチＳ1、Ｓ2よりも低い電圧にさらされるようになっていてもよい。したがって、このような構成は、たとえば真空または空気リレースイッチよりも低い定格電圧を有し得る半導体スイッチとの併用に適し得る。
【０１４７】
図６は、本発明の実施形態に係る、半導体スイッチ６１０を含むインピーダンスネットワーク６０１の模式図である。図６に示す実施形態は、図４Ｂの実施形態に類似しており、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０３との間に延びた伝送路への接続用の第１の接続部６５１と、電気接地６０５への接続用の第２の接続部６５２とを含む。インピーダンスネットワーク６０１は、第１のコンデンサＣ1、第２のコンデンサＣ2、および第３のコンデンサＣ3をさらに含む。第３のコンデンサＣ3にわたってはスイッチ６１０が接続され、開閉されることによって、第３のコンデンサＣ3の周りで短絡回路を切断および接続するように動作可能である。スイッチ６１０は、半導体スイッチであり、たとえば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であってもよい。スイッチ６１０は、たとえばゲート電圧を制御してスイッチ６１０の状態を制御可能な駆動回路６２０により制御される。たとえば、駆動回路６２０は、スイッチ６１０のゲート電圧を変化させてスイッチ６１０を開閉するように動作可能であってもよい。スイッチ６１０がさらされ得る電圧が比較的高いことから、駆動回路６２０は、フローティング（すなわち、無接地）であってもよく、また、制御および電力が分離供給される独立回路であってもよい。
【０１４８】
図７は、コンデンサにわたって接続されたスイッチング構成の代替実施形態の模式図である。図７に示す構成要素は、たとえば図６に示す破線枠６５０の内側の構成要素を置き換えたものであってもよい。図６および図７で同じ構成要素には、同じ参照番号を付し、図７に関して再び説明することはない。
【０１４９】
図７に示す実施形態において、コンデンサＣ3にわたってのスイッチは、スタック状の３つの半導体スイッチ７１０により与えられる。各スイッチ７１０には、スイッチを独立制御する駆動回路７２０が設けられている。また、各スイッチ７３０にわたって電圧を共有する付加的な回路７３０が設けられている。図７に示すようにスタック状のスイッチ７１０を設けることにより、合計スイッチング電圧が各スイッチ７１０間で共有されて、個々のスイッチがさらされる電圧が低下する。このような構成は、使用する個々のスイッチの定格電圧を合計スイッチング電圧が超える場合に用いられるようになっていてもよい。図７においては、スタック状の３つのスイッチ７１０を示しているが、他の実施形態においては、２つ以下または４つ以上のスイッチを含むスタック状のスイッチが設けられていてもよい。
【０１５０】
図８は、キャパシタンスにわたっての切り替え短絡回路の提供に適した構成の別の代替実施形態の模式図である。図８に示す構成要素は、たとえば図６に示す破線枠６５０の内側の構成要素を置き換えたものであってもよい。図６および図８で同じ構成要素には、同じ参照番号を付し、図８に関して再び説明することはない。
【０１５１】
図８の実施形態においては、直並列組み合わせで接続された複数のコンデンサＣの形態のキャパシタンスが設けられている。複数のコンデンサＣは、図６および図７の実施形態における第３のコンデンサＣ3と電気的に等価である。コンデンサＣにより与えられるキャパシタンスにわたってはスタック状の半導体スイッチ７１０が接続され、開閉されることによって、キャパシタンスの周りで短絡回路を切断および接続するように動作可能である。
【０１５２】
直並列組み合わせで接続された複数のコンデンサの形態のキャパシタンスを設けることにより、個々のコンデンサは、より低い電圧にさらされるため、キャパシタンスが単一のコンデンサＣ3により与えられる場合よりも低い定格電圧が可能となる。定格電圧が低いコンデンサの使用により、キャパシタンスを設ける全体費用を抑えられる。定格電圧が低いコンデンサは傾向として、定格電圧が高いコンデンサと比べた場合に、低コストで利用可能となるためである。以上、それにわたってにスイッチング構成が接続されたキャパシタンスが、直並列組み合わせで接続された複数のコンデンサの形態で設けられた具体例を説明したが、複数のコンデンサから成る類似構成の使用により、インピーダンスネットワークにおいて任意所望のキャパシタンスを実現するようにしてもよい。たとえば、複数のコンデンサから成る構成の形態にて、図４、図５、図６、および図７に示す実施形態に関して説明したコンデンサのいずれかが実現されていてもよい。
【０１５３】
いくつかの実施形態においては、インピーダンスネットワークの１つまたは複数の構成要素がプリント配線板（ＰＣＢ）上に設けられていてもよい。たとえば、図８に示す実施形態の少なくとも一部が１つまたは複数のＰＣＢ上に設けられていてもよい。
【０１５４】
以上、本発明に係るスイッチングネットワークの複数の実施形態を説明した。これらの実施形態に含まれる任意の構成要素または構成が、他の実施形態に含まれる任意の構成要素または構成と組み合わされるようになっていてもよい。たとえば、インピーダンスネットワークは、（図４Ａおよび図５Ａに示すように）１つまたは複数のコンデンサを含む複数の電気経路と、経路のうちの少なくとも１つを接続および切断するように構成された少なくとも１つのスイッチとを含んでいてもよく、さらに、（図５Ｂ、図６、図７、および図８に示すように）少なくとも１つのコンデンサのにわたって接続されて、コンデンサの周りで切り替え可能な短絡回路を与えるスイッチを含んでいてもよい。インピーダンスネットワークは、複数のコンデンサと、開放された場合にコンデンサの第１の部分集合がパルス発生器２０１にわたって接続され、閉鎖された場合にコンデンサの第２の部分集合がパルス発生器２０１にわたって接続されるように構成されたスイッチと、を含んでいてもよい。
【０１５５】
上述の通り、インピーダンスネットワークは、マイクロ波発生器２０３の異なる動作点での使用に適した２つ以上のインピーダンス値間で切り替え可能であってもよい。所与の用途について、使用中に必要となるマイクロ波発生器の動作点は、事前に既知であってもよい。たとえば、医療用像形成目的でマイクロ波を発生させるのに適した第１の動作点と医療的治療目的でマイクロ波を発生させるのに適した第２の動作点との間でマイクロ波発生器が切り替え可能な用途においては、使用に先立って、第１の動作点および第２の動作点が設定され、既知であってもよい。同様に、像形成ターゲットにおいて異なる応答を励起する複数の異なる動作点間でマイクロ波発生器が切り替え可能な用途においては、事前に、これらの異なる動作点が設定され、既知であってもよい。結果として、インピーダンスネットワークは、複数の異なる動作点での使用向けに設計されていてもよい。
【０１５６】
図９は、本発明の一実施形態に係る、インピーダンスネットワークの設計方法を示したフローチャートである。インピーダンスネットワークは、パルス発生器２０１およびマイクロ波発生器２０２を備えたマイクロ波発生システムにおいて使用するものである。方法のステップ９０１においては、第１のインピーダンスを決定する。第１のインピーダンスは、マイクロ波発生器が第１の動作点で動作する場合に、パルス発生器にわたっての接続に適している。マイクロ波発生器の第１の動作点は、所与の用途において用いられる動作点を表していてもよい。たとえば、第１の動作点は、医療用像形成目的で使用される動作点を表していてもよい。
【０１５７】
第１のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０２の第１の動作点において、マイクロ波発生器２０２のインピーダンスをパルス発生器のインピーダンスに対して実質的に整合させるインピーダンスであってもよい。第１のインピーダンスは、第１の動作点においてマイクロ波発生器２０２が安定動作となるインピーダンスの実験観察に基づいて決定されるようになっていてもよい。この追加または代替として、第１のインピーダンスは、第１の動作点での使用に適したインピーダンスのモデリングおよび／または計算に基づいて決定されるようになっていてもよい。
【０１５８】
ステップ９０２においては、第２のインピーダンスを決定する。第２のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０２が第２の動作点で動作する場合に、パルス発生器２０１にわたっての接続に適している。マイクロ波発生器２０２の第２の動作点は、所与の用途において用いられる動作点を表していてもよい。たとえば、第２の動作点は、医療的治療目的で使用される動作点を表していてもよい。
【０１５９】
第２のインピーダンスは、マイクロ波発生器２０２の第２の動作点において、マイクロ波発生器２０２のインピーダンスをパルス発生器２０１のインピーダンスに対して実質的に整合させるインピーダンスであってもよい。第２のインピーダンスは、第２の動作点においてマイクロ波発生器２０２が安定動作となるインピーダンスの実験観察に基づいて決定されるようになっていてもよい。この追加または代替として、第２のインピーダンスは、第２の動作点での使用に適したインピーダンスのモデリングおよび／または計算に基づいて決定されるようになっていてもよい。
【０１６０】
ステップ９０３においては、第１および第２のインピーダンス間で切り替え可能な回路を設計する。この回路は、パルス発生器２０１とマイクロ波発生器２０３との間に延びた伝送路と電気接地との間の接続に適していてもよい。この回路は、伝送路と電気接地との間のインピーダンスが実質的に第１のインピーダンスである第１の状態と、伝送路と電気接地との間のインピーダンスが実質的に第２のインピーダンスである第２の状態との間で切り替え可能である。この回路は、たとえば複数の電気経路と、開閉されることによって、経路のうちの少なくとも１つを切断および接続するように動作可能な少なくとも１つのスイッチとを含んでいてもよい。経路はそれぞれ、１つまたは複数のコンデンサを含んでいてもよく、少なくとも１つのスイッチの開閉によって、伝送路と電気接地との間に与えられたキャパシタンスが変化し得る。この追加または代替として、電気回路は、少なくとも１つのコンデンサにわたって接続された少なくとも１つのスイッチを備えていてもよい。このスイッチは、少なくとも１つのコンデンサの周りで短絡回路を切断および接続することにより、伝送路と電気接地との間のキャパシタンスを変化させるために、開閉動作可能であってもよい。この回路は、複数のコンデンサと、開放された場合にコンデンサの第１の部分集合が接続され、閉鎖された場合にコンデンサの第２の部分集合が接続されるように構成されたスイッチと、を含んでいてもよい。この回路は、図４〜図８を参照して上述した１つまたは複数の構成要素および／または構成要素の構成を含んでいてもよい。
【０１６１】
以上、第１および第２のインピーダンス間で切り替え可能なインピーダンスネットワークを設計する設計方法を説明したが、この方法は、マイクロ波発生器２０２の３つ以上の異なる動作点での使用のために３つ以上のインピーダンス値間で切り替え可能なインピーダンスネットワークにも拡張可能である。この設計方法に従って設計されたインピーダンスネットワークは、この設計に従って製造されるようになっていてもよい。
【０１６２】
以上、粒子加速器１０３を駆動するマイクロ波を発生させる状況において、インピーダンスネットワーク２０３を含むマイクロ波発生装置２００の実施形態を説明した。前述の通り、マイクロ波発生装置２００により駆動される粒子加速器１０３は、たとえば医療用像形成および／もしくは治療ならびに貨物等の隠れた物体の像形成において適用可能であってもよい。
【０１６３】
図１０は、本発明の一実施形態に係る、マイクロ波発生システム２００を含む放射線療法システム１０００の模式図である。上記詳細な説明の通り、マイクロ波発生システム２００は、パルス発生器２０、マイクロ波発生器２０２、およびインピーダンスネットワーク２０３を備える。マイクロ波発生器２０２は、電子加速器１０３（たとえば、ＬＩＮＡＣであってもよい）に与えられるマイクロ波Ｍを放出する。電子源１０１は、加速器１０３を通過する電子Ｅを放出する。マイクロ波Ｍと関連付けられたエネルギーの少なくとも一部が電子Ｅの加速に用いられる。電子Ｅは、たとえば電子Ｅの経路を誘導するように構成された１つまたは複数のステアリング磁石（ｓｔｅｅｒｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔ）を含み得る電子ビーム輸送システム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｓｙｓｔｅｍ）１６１によってガイドされる。
【０１６４】
電子Ｅは、ターゲット材（ｔａｒｇｅｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）１０７（たとえば、タングステンターゲットを含んでいてもよい）に入射するようにガイドされ、これにより、電子Ｅのエネルギーの一部がターゲット材からＸ線１０９として放出される。放射線療法システム１０００は、Ｘ線１０９が患者の身体の少なくとも一部に入射するように患者が位置決めされ得る治療台１７１に向かってＸ線１０９が案内されるように構成されている。
【０１６５】
上記説明の通り、Ｘ線１０９は、像形成および／または治療目的で患者の身体に入射するように案内され得る。たとえば、比較的低いパワーのＸ線１０９が最初に、患者の身体の一部に入射して患者の身体を像形成するように案内され、Ｘ線１０９の放射線療法治療線を施すべき位置を決定するようにしてもよい。その後、比較的高いパワーのＸ線１０９が発生され、治療対象として識別された患者の身体の部分へと案内されることにより、放射線療法治療が患者に送達されるようになっていてもよい。
【０１６６】
広範囲にわたって上述した通り、放射線療法システム１０００により発生されるＸ線１０９のパワーは、マイクロ波発生システム２００により発生されるマイクロ波Ｍの電力を変え、加速器１０３において電子Ｅが加速されるエネルギーを変えることによって変化し得る。切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、複数の異なる動作点においてマイクロ波発生システム１００の動作を安定させることにより、発生するマイクロ波Ｍの電力を変化させることができる。
【０１６７】
図１０に示す実施形態においては、電子Ｅがターゲット材１０７に入射してＸ線１０９を発生させるように案内されるが、いくつかの実施形態においては、電子Ｅ自体が治療目的で用いられるようになっていてもよい。たとえば、ターゲット材１０７が電子Ｅの経路から除去され、電子Ｅが患者の身体の一部に入射して放射線療法治療線を送達するように案内されるようになっていてもよい。
【０１６８】
図１１は、本発明の一実施形態に係る、マイクロ波発生システム２００を含む貨物走査システム２０００の模式図である。マイクロ波発生システム２００は、パルス発生器２０、マイクロ波発生器２０２、およびインピーダンスネットワーク２０３を備える。図１０に示した実施形態と同様に、マイクロ波発生器２０２は、電子加速器１０３（たとえば、ＬＩＮＡＣであってもよい）に与えられるマイクロ波Ｍを放出する。電子源１０１は、加速器１０３を通過する電子Ｅを放出する。マイクロ波Ｍと関連付けられたエネルギーの少なくとも一部が電子Ｅの加速に用いられる。
【０１６９】
電子Ｅは、ターゲット材１０７（たとえば、タングステンターゲットを含んでいてもよい）に入射するように案内され、これにより、電子Ｅのエネルギーの一部がターゲット材からＸ線１０９として放出される。貨物走査システム２０００は、Ｘ線１０９が案内されて、たとえば貨物が保管されたコンテナを含み得る像形成ターゲット１１１に入射するように構成されている。
【０１７０】
像形成ターゲット１１１を透過したＸ線放射を検出するように、少なくとも１つの放射線センサ１１３が構成されている。放射線センサ１１３に入射するＸ線放射の強度および位置の使用によって、像形成ターゲット１１１の内部構造を解像する像形成ターゲット１１１の像を形成するようにしてもよい。像形成ターゲット１１１は、たとえば貨物走査システム２０００に対して移動することにより走査され、当該像形成ターゲット１１１の異なる部分の１つまたは複数の像が形成されるようになっていてもよい。たとえば、図１１の紙面に入る方向および／または紙面から出る方向に像形成ターゲット１１１が移動して、その異なる部分が像形成されるようになっていてもよい。あるいは、貨物走査システム２０００の少なくとも一部が像形成ターゲットに対して移動することにより、像形成ターゲット１１１の異なる部分を像形成するようにしてもよい。
【０１７１】
上述の通り、エネルギーが変化するＸ線に対する材料の透明性および／または反射性は、材料が異なれば相違すると考えられる。したがって、エネルギーが変化するＸ線を用いた像形成ターゲット１１１の像形成により、エネルギーが単一のＸ線を用いたターゲットの像形成と比較して、像形成ターゲットを構成する異なる材料をより効果的に解像可能となり得る。エネルギーが可変のＸ線を用いてターゲットを像形成することにより、ターゲット中の隠れた物体をより効果的に解像および識別可能となり得る。
【０１７２】
貨物走査システム２０００により発生されるＸ線１０９のパワーは、マイクロ波発生システム２００により発生されるマイクロ波Ｍの電力を変え、加速器１０３において電子Ｅが加速されるエネルギーを変えることによって変化し得る。切り替え可能なインピーダンスネットワーク２０３によれば、複数の異なる動作点においてマイクロ波発生システム１００の動作を安定させることにより、発生するマイクロ波Ｍの電力を変化させることができる。
【０１７３】
以上、粒子加速器１０３の駆動にマイクロ波発生システム２００が用いられる実施形態を説明したが、本明細書に記載のマイクロ波発生システム２００は、本明細書に具体的に記載した以外の用途にも適用可能である。
【０１７４】
本明細書に示すすべての範囲および値（たとえば、電力および／または周波数の値および／または範囲）は、例示目的で示しているに過ぎず、何らかの制限効果を有するものとは解釈されないものとする。
【０１７５】
本発明の特定の態様、実施形態、または例と併せて記述した特徴、整数、または特性は、不適合とならない限り、本明細書に記載のその他任意の態様、実施形態、または例にも適用可能であることが了解される。本明細書（添付の任意の特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示のすべての特徴ならびに／または同様に開示の任意の方法もしくはプロセスのすべてのステップは、このような特徴および／またはステップの少なくとも一部が相互に排他的となる組み合わせを除いて、任意の組み合わせで結合されていてもよい。本発明は、如何なる上記実施形態の詳細にも限定されない。本発明は、本明細書（添付の任意の特許請求の範囲、要約、および図面を含む）に開示の特徴のうちの新規ないずれか１つもしくは新規ないずれかの組み合わせまたは同様に開示の任意の方法もしくはプロセスのステップのうちの新規ないずれか１つもしくは新規ないずれかの組み合わせにまで及ぶ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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