(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、カソード及び少なくとも一つのグリッドの各電極を備えＸ線を曝射するＸ線管と、
高電圧を発生させる高電圧トランスと、
前記高電圧トランスを励磁する励磁回路と、
前記高電圧トランスの出力電圧を整流し直流高電圧を前記Ｘ線管のアノード−カソード間に供給する高圧整流回路と、
前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に接続された第１のコンデンサと、
前記Ｘ線管のアノードとグリッドの間に接続された少なくとも１つの第２のコンデンサと、
アノードを前記Ｘ線管のグリッドに、カソードを前記Ｘ線管のカソードに接続されたダイオードと、
前記Ｘ線管のグリッドとカソード間を外部信号を受けて導通状態にするグリッドオン回路と、
前記励磁回路と前記グリッドオン回路の動作タイミングを指示するタイミング回路とを備え、
前記タイミング回路は、前記グリッドオン回路が前記Ｘ線管のグリッド−カソード間を導通状態にするタイミングを前記励磁回路が動作を開始すると同時かまたは、遅れるように制御しかつ、前記グリッドオン回路がＸ線管のグリッド−カソード間を非導通状態するタイミングを高電圧トランスを励磁する回路が動作を停止すると同時かまたは、先行するように制御するようにしたことを特徴とするパルスＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は診断用Ｘ線装置に係り、特に、制御電極としてグリッドを備えたＸ線管を用いてパルスＸ線を発生させるパルスＸ線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパルスＸ線装置として、例えば、本願出願人によるパルスＸ線装置（特願平８−２５４０８２号）がある。図６は、この従来例の構成を示す回路図である。
【０００３】
図６において、パルスＸ線装置１０１は、商用交流電源３、商用交流電源３を整流平滑して直流電圧を出力する整流平滑回路（ＡＣ／ＤＣ）５、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路（ＤＣ／ＡＣ）７、交流電圧を所定の高電圧に変換する高電圧トランス９、交流の高電圧を整流する高電圧整流器１１、アノードＡ、カソードＫ及びグリッドＧを備える３極のＸ線管１３、Ｘ線管のグリッド−カソード間に接続されたコンデンサ１５、Ｘ線管１３のグリッド−アノード間に接続された直列コンデンサ１７、１９、Ｘ線管１３のグリッド側にアノードがＸ線間のカソード側にカソードがそれぞれ接続されたダイオード２１、およびブリーダ抵抗２３、２５、２７を備えている。
【０００４】
インバータ回路７の動作により発生した交流電圧は、高電圧トランス９で昇圧され、高圧整流器１１で直流に整流された後、高電圧ケーブルの芯線−アース間静電容量１７、１９で平滑されＸ線管１３に印加される。この時、ダイオード２１は順バイアスとなるため、Ｘ線管１３のグリッド電圧（Ｘ線管のカソードＫに対するグリッドＧの電圧。以下、同じ）はほぼゼロであり、Ｘ線管１３には電流が流れＸ線が照射される。
【０００５】
次に、インバータ回路７の動作が停止すると、高電圧トランス９の２次電圧はゼロになるので、コンデンサ１７とコンデンサ１９の電荷はＸ線管１３を通して放電する。この時、ダイオード２１は逆バイアスとなるためマイナス極高電圧ケーブルのグリッド−カソード間の静電容量であるコンデンサ１５は、コンデンサ１７、１９の放電電流によってＸ線管１３のグリッド電圧が負になる方向に充電される。そして、Ｘ線管１３のグリッド電圧がカットオフ電圧に達すると、Ｘ線管のアノード−カソード間には電流が流れなくなり、Ｘ線の照射は停止する。
【０００６】
このように、インバータ回路７を起動・停止するだけでＸ線管１３のグリッド電圧がゼロとカットオフ電圧との間を変化し、Ｘ線管１３の電流をオン／オフすることができる。その結果、Ｘ線管１３にはパルス電流が流れ、このパルス電流によるパルスＸ線が照射される。
【０００７】
この回路が機能するためには、コンデンサ１９とコンデンサ１５を直列に接続し、前記２つのコンデンサの接続点をＸ線管１３のグリッドに接続しなければならない。コンデンサ１９、１５として、高電圧ケーブルの線間容量を使用するとき、Ｘ線管のマイナス極側に使用する高電圧ケーブルの断面は、図３に示すように１つの芯線４１Ｃをカソード電極配線とし、芯線を包む同軸導体４３をグリッド電極配線にする構造をとる。図３で、残り２本の芯線４１Ｓ、４１Ｌは、Ｘ線管１３の図示しないフィラメント用の配線に使用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｘ線管に印加する電圧（アノードカソード間の電圧、管電圧とも呼ばれる）の立ち上がり時間はできるだけ短いことが望ましい。なぜならば、管電圧の立ち上がり途上には、低い管電圧に対応した低エネルギーの電子による有害な軟Ｘ線が発生するからである。この軟Ｘ線は、透過性が低く、殆ど人体に吸収されてＸ線撮影には寄与しない。
【０００９】
しかしながら、上記従来のパルスＸ線装置においては、管電圧の立ち上がり時間を短くしようとすると、管電圧にオーバーシュートが発生しやすくなる。そして、管電圧にオーバーシュートがあると、オーバーシュートした管電圧が定常値に回復するときにダイオード２１が一時的に逆バイアスとなり、コンデンサ１７、１９の放電電流がコンデンサ１５をＸ線管１３のグリッド電圧が負になる方向に充電してしまうため、Ｘ線管１３に流れる電流が減少することによってパルスＸ線の出力が欠けるという問題点があった。
【００１０】
以上の問題点に鑑み本発明の目的は、Ｘ線管電圧の立ち上がり時にオーバーシュートがあっても、グリッドバイアスがこの影響を受けず、安定したパルスＸ線出力を得ることができるパルスＸ線装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、アノード、カソード及び少なくとも一つのグリッドの各電極を備えＸ線を曝射するＸ線管と、高電圧を発生させる高電圧トランスと、前記高電圧トランスを励磁する励磁回路と、前記高電圧トランスの出力電圧を整流し直流高電圧を前記Ｘ線管のアノード−カソード間に供給する高圧整流回路と、前記Ｘ線管のグリッドとカソードの間に接続された第１のコンデンサと、前記Ｘ線管のアノードとグリッドの間に接続された少なくとも１つの第２のコンデンサと、アノードを前記Ｘ線管のグリッドに、カソードを前記Ｘ線管のカソードに接続されたダイオードと、前記Ｘ線管のグリッドとカソード間を外部信号を受けて導通状態にするグリッドオン回路と、前記励磁回路と前記グリッドオン回路の動作タイミングを指示するタイミング回路とを備え、前記タイミング回路は、前記グリッドオン回路が前記Ｘ線管のグリッド−カソード間を導通状態にするタイミングを前記励磁回路が動作を開始すると同時かまたは、遅れるように制御しかつ、前記グリッドオン回路がＸ線管のグリッド−カソード間を非導通状態するタイミングを高電圧トランスを励磁する回路が動作を停止すると同時かまたは、先行するように制御するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
（作用）
上記構成による本発明によれば、Ｘ線管電圧にオーバーシュートが発生したときに、Ｘ線管のグリッドに発生しようとする負の電圧を、グリッドオン回路でクランプすることにより、グリッドバイアス電圧を安定化し、パルスＸ線の出力が欠けることを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の全体構成を示すブロック回路図である。
図１において、パルスＸ線装置１は、商用交流電源３、商用交流電源３を整流平滑して直流電圧を出力する整流平滑回路（ＡＣ／ＤＣ）５、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路（ＤＣ／ＡＣ）７、交流電圧を所定の高電圧に変換する高電圧トランス９、交流の高電圧を整流する高電圧整流器１１、アノード（Ａ）、カソード（Ｋ）及びグリッド（Ｇ）を備える３極のＸ線管１３、Ｘ線管のグリッド−カソード間に接続されたコンデンサ１５、Ｘ線管１３のグリッド−アノード間に接続された直列コンデンサ１７、１９、Ｘ線管１３のグリッド側にアノードがＸ線間のカソード側にカソードがそれぞれ接続されたダイオード２１、ブリーダ抵抗２５、２７、タイミング回路３１、及びグリッドオン回路３３を備えている。
【００１４】
まず、この発明の基本動作を図１を用いて説明する。なお、基本動作は、図６に示した公知例である特願平８−２５４０８２号と同じであり、同じ構成要素には同じ符号が付与されている。
【００１５】
商用交流電源３から得られた交流は、ＡＣ／ＤＣ変換器（整流平滑回路）５により直流に変換され、ＤＣ／ＡＣ変換回路であるインバータ回路７に供給される。インバータ回路７の動作により発生した交流（高周波）電圧は、高電圧トランス９で昇圧され、高圧整流器１１で直流に整流された後、高電圧ケーブルの芯線−アース間静電容量１７、１９で平滑されＸ線管１３に印加される。この時、ダイオード２１は順バイアスとなるため、Ｘ線管１３のグリッド電圧（Ｘ線管のカソードＫに対するグリッドＧの電圧。以下、同じ）はほぼゼロであり、Ｘ線管１３には電流が流れＸ線が照射される。
【００１６】
次に、インバータ回路７の動作が停止すると、高電圧トランス９の２次電圧はゼロになるので、コンデンサ１７とコンデンサ１９の電荷はＸ線管１３を通して放電する。この時、ダイオード２１は逆バイアスとなるためマイナス極高電圧ケーブルのグリッド−カソード間の静電容量であるコンデンサ１５は、コンデンサ１７、１９の放電電流によってＸ線管１３のグリッド電圧が負になる方向に充電される。そして、Ｘ線管１３のグリッド電圧がカットオフ電圧に達すると、Ｘ線管のアノード−カソード間には電流が流れなくなり、Ｘ線の照射は停止する。
【００１７】
このように、インバータ回路７を起動・停止するだけでＸ線管１３のグリッド電圧がゼロとカットオフ電圧との間を変化し、Ｘ線管１３の電流をオン／オフすることができる。その結果、Ｘ線管１３にはパルス電流が流れ、このパルス電流によるパルスＸ線が照射される。
【００１８】
この発明では、従来回路の問題点を解決するために、Ｘ線管１３のグリッドとカソード間を外部信号を受けて導通状態にするグリッドオン回路３３と、高電圧トランス９を励磁するインバータ回路７及びグリッドオン回路３３の動作タイミングを指示するタイミング回路３１と、を設けた。図２は、グリッドオン回路の構成例を示す詳細回路図である。
【００１９】
図２において、グリッドオン回路３３は、直流電源１３１、非安定マルチバイブレータなどの矩形波発生回路１３２、トランジスタ１３６、Ｘ線管電圧の１／２以上の耐電圧を有する絶縁用のパルストランス１３９、ダイオード１４０、１４１、チョークコイル１４２、高耐圧トランジスタ１４４、ツェナーダイオード１４５、抵抗１３４、１３５、１３８、１４３、１４６、コンデンサ１３７を備えている。
【００２０】
以下、図２のグリッドオン回路の動作を説明する。直流電源１３１は、パルストランス１３９の駆動用トランジスタ１３６に電源を供給する。矩形波発振器１３２の出力は、ＡＮＤゲート１３３の一方の入力に接続されている。ＡＮＤゲート１３３の他方の入力には、タイミング回路３１からのグリッドオン信号ｂが接続される。
【００２１】
グリッドオン信号ｂが“Ｈ”になると、トランジスタ１３６は矩形波発振器１３２の出力周波数でオン／オフを繰り返し、パルストランス１３９の１次巻線に断続した電流を流す。パルストランス１３９が励磁されることによってパルストランスの２次巻線に発生した交流電圧は、ダイオード１４０、１４１で整流され、トランジスタ１４４をオンさせる。その結果、グリッドオン回路のｄ−ｃ間は導通状態になる。
【００２２】
なお、トランジスタ１３６のコレクタ−エミッタ間に並列に配置されたコンデンサ１３７及び抵抗１３８からなるスナバ回路は、トランジスタ１３６の逆回復時のひげ状電圧を抑制するものであり、トランジスタ１４４のコレクタ−エミッタ間に接続されたツェナーダイオード１４５は、過大なコレクタ電圧からトランジスタ１４４を保護するものである。
【００２３】
次に、この第１実施形態の全体の動作を図１と図４のタイムチャートを用いて説明する。
時刻ｔ１：タイミング回路３１からインバータ回路７を動作させるためのインバータ動作信号ａが出力され、インバータ回路７は動作を開始する。高電圧トランス９はインバータ回路７の発生する交流で励磁され、その２次側に発生した高電圧は高電圧整流器１１により整流され、コンデンサ１７、１９を充電する。コンデンサ１７、１９が充電されるとＸ線管１３の電圧は上昇するので、ダイオード２１は順バイアスとなり、Ｘ線の照射が開始される。
【００２４】
時刻ｔ２：Ｘ線管電圧が立ち上がった時点で、タイミング回路３１からグリッドオン回路３３を動作させるためのグリッドオン信号ｂが出力される。その結果、グリッドオン回路のｄ−ｃ間は導通状態となる。Ｘ線管電圧がオーバーシュートから定常状態に回復する時、コンデンサ１７、１９の電荷がＸ線管１３を通して放電するためダイオード２１は一時的に逆バイアスになるが、グリッドオン回路３３のｄ−ｃ間が導通状態にあるため、コンデンサ１７、１９の放電電流はグリッドオン回路３３のｄ−ｃ間を流れコンデンサ１５を充電しない。したがって、Ｘ線管１３のグリッド電圧はほぼゼロに保たれ、Ｘ線管１３の電流が減少することはなく、安定したＸ線の出力が得られる。
【００２５】
時刻ｔ３：Ｘ線の出力の停止に先立ち、タイミング回路３１からグリッドオン回路３３に出力していたグリッドオン信号ｂをオフにする。その結果、グリッドオン回路３３ｄ−ｃ間は非導通状態になる。
【００２６】
時刻ｔ４：Ｘ線の出力の停止させるため、タイミング回路３１から出力されているインバータ回路７のインバータ動作信号ａをオフにする。その結果、コンデンサ１７とコンデンサ１９の電荷はＸ線管１３を通して放電する。この時、グリッドオン回路３３のｄ−ｃ間は非導通状態なことと、ダイオード２１が逆バイアスであることで、前記コンデンサの放電電流がコンデンサ１５を充電しＸ線管１３のグリッドには負の電圧が印加される。そして、グリッド電圧がカットオフ電圧に達すると、コンデンサ１７、１９の放電は停止しＸ線の出力も停止する。
【００２７】
時刻ｔ５：２パルス目のＸ線を照射するため、タイミング回路３１は、インバータ回路７を動作させるインバータ動作信号ａを出力する。
【００２８】
以下、同じ動作を繰り返すことによって、Ｘ線管１３のアノード−カソード間には高電圧が印加され続けるが、Ｘ線管１３のアノードには、インバータ動作信号ａに同期したパルス電流が流れ、Ｘ線管１３からはパルスＸ線が照射される。グリッドオン信号ｂをインバータ動作信号ａよりも遅らせてオンにする目的は、２パルス目の出力以降においてグリッドオン回路３３の負担を軽減するためである。
【００２９】
２パルス目以降では、Ｘ線照射前にコンデンサ１５がＸ線管１３のカットオフ電圧まで充電されているのでＸ線管をオン状態にしてＸ線を照射するためには、コンデンサ１５の電荷を放電させなければならない。しかし、インバータ回路７を動作させることによって、高圧整流器１１の出力電流がコンデンサ１７、１９を充電するとともに、コンデンサ１５の電荷を放出させることができる。グリッドオン回路３３は、コンデンサ１５の電圧が下がってからオンするので、グリッドオン回路３３中のトランジスタ１４４は、定格の小さなもので済む。また、コンデンサ１５に蓄積された電荷は、コンデンサ１７、１９を充電するために回生されるので、エネルギーの無駄を省くことができる。
【００３０】
また、グリッドオン信号ｂをインバータ動作信号ａに先立ってオフにする目的は次の２つの理由による。その第１は、Ｘ線管１３がカットオフする時は、コンデンサ１７、１９の電荷がＸ線管１３を通して放電する。この時、グリッドオン回路３３のｄ−ｃ間が導通状態にあると、コンデンサ１５が充電されずＸ線管１３がカットオフできないことである。
【００３１】
第２の理由は、グリッドオン回路３３にはＸ線管１３の管電流が流れるため、トランジスタ１４４の負担が大きくなることである。グリッドオン回路３３のｄ−ｃ間を非導通状態にしてからインバータ回路７の動作を停止すれば、このような問題を避けることができる。タイミング回路３１の信号出力タイミングは、グリッドオン信号ｂがオフしてからグリッドオン回路３３のｄ−ｃ間が非導通状態になるまでの遅れ時間も考慮して、グリッドオン信号ｂをインバータ動作信号ａに先立ってオフにする。
【００３２】
図５は、グリッドオン回路３３の変形例を説明する詳細回路図である。図２に示したグリッドオン回路３３では、パルストランス１３９にタイミング回路３１とＸ線管回路との絶縁耐圧を担わせたが、数十ｋＶの耐圧を有するパルストランスの作成は容易ではなく、またその回路も大きくなる。
【００３３】
そこで、本変形例では、タイミング回路からグリッドオン回路への制御信号であるグリッドオン信号をフォトカップラを介して伝達することにより、容易に絶縁耐圧を確保することができる。なお、図５では便宜的にフォトカップラの光源側の素子である発光ダイオードをグリッドオン回路内に含めて描かれているが、この光源側素子をタイミング回路内に配置して、タイミング回路とグリッドオン回路とを光ファイバー等の光伝達媒体で接続してもよいことは明らかである。
【００３４】
図５（ａ）は、フォトカップラを利用した第１の変形例であり、グリッドオン回路３３ａは、図示されないタイミング回路３１からグリッドオン信号ｂを受けて発光する発光ダイオード１５１、発光ダイオード１５１の光を伝える光ファイバー、光伝達ロッド等の光伝達媒体１５２、光伝達媒体１５２の光を受けて電圧を発生する太陽電池１５３、１５４、太陽電池１５３、１５４の起電力の有無によりオン／オフする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１５５、ＩＧＢＴ１５５の保護用のツェナーダイオード１４５、抵抗器１４６を備えている。
【００３５】
このグリッドオン回路３３ａの動作は、以下の通りである。図示されないタイミング回路３１からグリッドオン信号ｂが入力されると、発光ダイオード１５１が発光し、この光は光伝達媒体１５２を介して太陽電池１５３、１５４に入射する。太陽電池１５３、１５４は光伝達媒体１５２の光を受けて光起電圧を発生し、この直列接続された太陽電池１５３、１５４の光起電圧は、ＩＧＢＴ１５５を導通させる。
【００３６】
またグリッドオン信号ｂが無くなると、発光ダイオード１５１は消灯し、太陽電池１５３、１５４の起電力もなくなり、ＩＧＢＴ１５５は非道通となる。こうして、図５（ａ）のグリッドオン回路３３ａも図２に示したグリッドオン回路３３と同様の作用をＸ線管のグリッドに及ぼすことができる。
【００３７】
なお、太陽電池１５３、１５４は２個直列に接続して用いたが、１個の起電力でもＩＧＢＴ１５５を十分オンできれば、１個でも構わず、３個以上必要ならば必要な個数だけ接続すればよい。
【００３８】
図５（ｂ）は、フォトカップラを利用した第２の変形例であり、グリッドオン回路３３ｂは、図示されないタイミング回路３１からグリッドオン信号ｂを受けて発光する発光ダイオード１５１、発光ダイオード１５１の光を伝える光ファイバー、光伝達ロッド等の光伝達媒体１５２、光伝達媒体１５２の光を受けて電圧を発生する太陽電池１５３、１５４、太陽電池１５３、１５４の起電力の有無によりオン／オフするＭＯＳトランジスタ１５６、ＭＯＳトランジスタ１５６の保護用のツェナーダイオード１４５、抵抗器１４６を備えている。
【００３９】
このグリッドオン回路３３ｂの構成及び動作は、主要なスイッチング素子としてＩＧＢＴ１５５に代えてＭＯＳトランジスタ１５６が利用されている以外は図５（ａ）で説明したグリッドオン回路３３ａと同様である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、Ｘ線管電圧にオーバーシュートが生じても、グリッドオン回路によりＸ線管のグリッド電圧を導通状態に保持することができるので、管電圧がオーバーシュートした電圧から定常状態に戻る場合にもパルスが欠けることなく安定したパルスＸ線を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパルスＸ線装置の実施形態を説明するブロック回路図である。
【図２】実施形態に用いられるグリッドオン回路３３の詳細回路図である。
【図３】本発明で使用するマイナス極高電圧ケーブルの構造を示す断面図である。
【図４】実施形態の動作を説明するタイミング図である。
【図５】グリッドオン回路の変形例を説明する詳細回路図である。
【図６】従来のパルスＸ線装置の構成例を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１…パルスＸ線装置、３…商用交流電源、５…整流平滑回路、７…インバータ回路、９…高電圧トランス、１１…高圧整流器、１３…３極Ｘ線管、１５…マイナス極高電圧ケーブルのカソード−グリッド間静電容量、１７…プラス極高電圧ケーブルのピン−アース間静電容量、１９…マイナス極高電圧ケーブルのピン−アース間静電容量、２１…ダイオード、３１…タイミング回路、３３…グリッドオン回路、１３１…直流電源、１３２…矩形波発振器、１３３…ＡＮＤゲート、１３４、１３５…抵抗器、１３６…トランジスタ、１３７、１３８…スナバ回路、１３９…パルストランス、１４０、１４１…ダイオード、１４２…コイル、１４３…抵抗器、１４４…トランジスタ、１４５…ツェナーダイオード、１４６…抵抗器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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