JP2017131285A - 高電圧発生装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力率を改善しつつ、負荷変動に対する応答性を向上させること。【解決手段】実施形態に係る高電圧発生装置は、オペアンプと、第１の抵抗器と、第２の抵抗器と、コンデンサと、スイッチと、スイッチ操作機構とを備える。第１の抵抗器は、オペアンプの反転入力端子に接続され、力率改善回路が出力する電圧が入力される。第２の抵抗器は、反転入力端子とオペアンプの出力端子とに接続される。コンデンサは、反転入力端子と出力端子とに接続される。スイッチは、第１の抵抗器の抵抗値を変化させること、第２の抵抗器の抵抗値を変化させること及びオペアンプに負帰還が掛かる範囲内でコンデンサの静電容量を変化させることの少なくとも一つを行う。スイッチ操作機構は、Ｘ線管によるＸ線の照射の開始及びＸ線管によるＸ線の照射の終了の少なくとも一方により力率改善回路が出力する電圧が変動する時にスイッチを操作する。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、高電圧発生装置及びＸ線ＣＴ装置に関する。

高電圧発生装置は、Ｘ線ＣＴ装置が有するＸ線管に管電圧を供給する。高電圧発生装置は、高調波規制を満たすため、力率を改善する必要がある。高電圧発生装置の力率を改善する方法には、例えば、リアクトルを使用する方法、力率改善回路（Power Factor Corrector：ＰＦＣ）を使用する方法がある。

リアクトルを使用した場合、高電圧発生装置の力率は、約０．８まで向上する。この場合、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに対応するリアクトルが使用される。しかし、リアクトルを使用した場合における力率は、力率改善回路を使用した場合における力率よりも小さい。また、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚに対応するリアクトルは、寸法及び重量が大きい。このため、高電圧発生装置の寸法及び重量が大きくなってしまう。

力率改善回路を使用した場合、高電圧発生装置の力率は、約０．９５から約０．９９まで向上する。これにより、高電圧発生装置の寸法及び重量の増加を抑制しつつ、Ｘ線管に電力を供給する交流電源の皮相電力を削減し、交流電源の容量を抑制することができる。しかし、Ｘ線の照射を開始する際、高電圧発生装置に掛かる負荷が急増するため、力率改善回路の出力電圧が低下してしまう。また、Ｘ線の照射を終了する際、高電圧発生装置に掛かる負荷が急減するため、力率改善回路の出力電圧が上昇してしまう。このため、例えば、管電圧が変動することにより、Ｘ線管が照射するＸ線の線量が変動してしまうことがある。

特開２０１３−１４０７３９号公報

本発明が解決しようとする課題は、力率を改善しつつ、負荷変動に対する応答性を向上させることができる高電圧発生装置及びＸ線ＣＴ装置を提供することである。

実施形態に係る高電圧発生装置は、オペアンプと、第１の抵抗器と、第２の抵抗器と、コンデンサと、スイッチと、スイッチ操作機構とを備える。第１の抵抗器は、前記オペアンプの反転入力端子に接続され、力率改善回路が出力する電圧が入力される。第２の抵抗器は、前記反転入力端子と前記オペアンプの出力端子とに接続される。コンデンサは、前記反転入力端子と前記出力端子とに接続される。スイッチは、前記第１の抵抗器の抵抗値を変化させること、前記第２の抵抗器の抵抗値を変化させること及び前記オペアンプに負帰還が掛かる範囲内で前記コンデンサの静電容量を変化させることの少なくとも一つを行う。スイッチ操作機構は、Ｘ線管によるＸ線の照射の開始及び前記Ｘ線管によるＸ線の照射の終了の少なくとも一方により前記力率改善回路が出力する電圧が変動する時に前記スイッチを操作する。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置が行う処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、第１の実施形態に係る高電圧発生装置の構成例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係るフィードバック回路の構成例を示す図である。 図５は、全波整流により発生する脈流に含まれる振動成分の一例を示す図である。 図６は、コンデンサにより平滑化された振動成分の一例を示す図である。 図７は、インバータ入力電流とインバータ入力電圧の導通角の差が大きい場合の一例を示す図である。 図８は、インバータ入力電流とインバータ入力電圧の導通角の差が小さい場合の一例を示す図である。 図９は、ゲインの切り替えを行わない場合におけるインバータ入力電圧及び管電圧の時間変化を示す図である。 図１０は、フィードバック回路のゲインの周波数特性を示す図である。 図１１は、ゲインの切り替えを行う場合におけるインバータ入力電圧、管電圧及びゲインの時間変化を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る高電圧発生装置の構成例を示す図である。 図１３は、フィードバック回路が有するコンデンサ、スイッチ及びスイッチ操作機構の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る高電圧発生装置及びＸ線ＣＴ装置を説明する。なお、以下の実施形態では、重複する説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１を参照しながら、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、図１に示すように、架台２と、寝台２０と、コンソール４０とを備える。なお、Ｘ線ＣＴ装置１の構成は、下記の構成に限定されるものではない。

架台２は、高電圧発生装置３と、コリメータ調整回路４と、架台駆動回路５と、Ｘ線管６と、ウェッジ７と、コリメータ８と、検出器９と、データ収集回路１０と、回転フレーム１１とを備える。

高電圧発生装置３は、Ｘ線管６に管電圧を供給する。高電圧発生装置３の詳細は、後述する。

コリメータ調整回路４は、コリメータ８の開口度及び位置を調整することにより、Ｘ線管６が発生させたＸ線の照射範囲を調整する。架台駆動回路５は、回転フレーム１１を回転させることにより、被検体Ｐを中心とする円軌道上でＸ線管６及び検出器９を旋回させる。Ｘ線管６は、高電圧発生装置３が供給する管電圧によりＸ線を発生させる。ウェッジ７は、Ｘ線管６が発生させたＸ線の線量を調節するためのＸ線フィルタである。コリメータ８は、Ｘ線の照射範囲を調整するためのスリットである。コリメータ８の開口度及び位置は、コリメータ調整回路４により調整される。

検出器９は、Ｘ線を検出する。検出器９は、複数の検出素子を有する。検出器９は、Ｘ線管６が発生させたＸ線を検出素子により検出する。検出素子は、入射したＸ線を電気信号に変換し、この電気信号をデータ収集回路１０へ出力する。検出器９が有する検出素子の大きさ、形状及び数は、特に限定されない。なお、検出器９は、直接変換型及び間接変換型のいずれでもよい。データ収集回路１０は、検出素子が出力した電気信号に基づいて投影データを生成する。回転フレーム１１は、円環状のフレームである。回転フレーム１１は、Ｘ線管６及び検出器９を支持する。Ｘ線管６と検出器９は、対向している。回転フレーム１１は、架台駆動回路５により駆動され、被検体Ｐを中心として回転する。

寝台２０は、天板２１と、寝台駆動回路２２とを備える。天板２１は、被検体Ｐが載せられる板状の部材である。寝台駆動回路２２は、被検体Ｐが載せられた天板２１を移動させることにより、被検体Ｐを架台２の撮影口内で移動させる。

コンソール４０は、入力回路４１と、ディスプレイ４２と、投影データ記憶回路４３と、画像記憶回路４４と、記憶回路４５と、処理回路４６とを備える。

入力回路４１は、指示や設定を入力するユーザにより使用される。入力回路４１は、例えば、マウス、キーボードに含まれる。入力回路４１は、ユーザが入力した指示や設定を処理回路４６に転送する。入力回路４１は、例えば、プロセッサにより実現される。

ディスプレイ４２は、ユーザが参照するモニタである。ディスプレイ４２は、例えば、ＣＴ画像、ユーザが指示や設定を入力する際に使用するＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示する旨の指示を処理回路４６から受ける。ディスプレイ４２は、この指示に基づいてＣＴ画像やＧＵＩを表示する。

投影データ記憶回路４３は、後述する前処理機能４６３により生成された生データ（Raw Data）を記憶する。画像記憶回路４４は、後述する画像生成機能４６４により生成されたＣＴ画像を記憶する。

記憶回路４５は、高電圧発生装置３、コリメータ調整回路４、架台駆動回路５及びデータ収集回路１０が上述した機能を実現するためのプログラムを記憶する。記憶回路４５は、寝台駆動回路２２が上述した機能を実現するためのプログラムを記憶する。記憶回路４５は、処理回路４６が後述するスキャン制御機能４６１、スイッチ操作機能４６２、前処理機能４６３、画像生成機能４６４、表示制御機能４６５、制御機能４６６及びその他の機能それぞれを実現するためのプログラムを記憶する。したがって、高電圧発生装置３、コリメータ調整回路４、架台駆動回路５、データ収集回路１０、寝台駆動回路２２及び処理回路４６は、記憶回路４５に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現する。

また、投影データ記憶回路４３、画像記憶回路４４及び記憶回路４５は、記憶されている情報をコンピュータにより読み出すことができる記憶媒体を有する。記憶媒体は、例えば、ハードディスクである。

処理回路４６は、スキャン制御機能４６１、スイッチ操作機能４６２、前処理機能４６３、画像生成機能４６４、表示制御機能４６５及び制御機能４６６を有する。これらの機能の詳細は、後述する。処理回路４６は、例えば、プロセッサにより実現される。

図２を参照しながら、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の処理の一例について説明する。図２は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置が行う処理の一例を示すフローチャートである。

処理回路４６は、図２に示すように、スキャンを実行し、投影データを収集する（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理は、例えば、次のようなものである。

処理回路４６は、記憶回路４５からスキャン制御機能４６１に相当するプログラムを読み出して実行する。スキャン制御機能４６１は、スキャンを実行するためにＸ線ＣＴ装置１を制御する機能である。例えば、処理回路４６は、スキャン制御機能４６１を実行することにより、Ｘ線ＣＴ装置１を次のように制御する。

処理回路４６は、寝台駆動回路２２を制御することにより、被検体Ｐを架台２の撮影口内へ移動させる。処理回路４６は、架台２に被検体Ｐのスキャンを実行させる。具体的には、処理回路４６は、高電圧発生装置３を制御することにより、Ｘ線管６へ管電圧を供給させる。処理回路４６は、コリメータ調整回路４を制御することにより、コリメータ８の開口度及び位置を調整する。また、処理回路４６は、架台駆動回路５を制御することにより、回転フレーム１１を回転させる。そして、処理回路４６は、データ収集回路１０を制御することにより、データ収集回路１０に投影データを収集させる。Ｘ線ＣＴ装置１が実行するスキャンは、例えば、コンベンショナルスキャン、ヘリカルスキャン、ステップアンドシュートである。

また、処理回路４６は、記憶回路４５からスイッチ操作機能４６２に相当するプログラムを読み出して実行する。スイッチ操作機能４６２の詳細は、後述する。

処理回路４６は、図２に示すように、投影データに前処理を施す（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理は、例えば、次のようなものである。

処理回路４６は、記憶回路４５から前処理機能４６３に相当するプログラムを読み出して実行する。前処理機能４６３は、データ収集回路１０により生成された投影データを補正する機能である。この補正は、例えば、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正である。前処理機能４６３により補正された投影データは、投影データ記憶回路４３に格納される。なお、前処理機能４６３により補正された投影データは、生データとも呼ばれる。

処理回路４６は、図２に示すように、ＣＴ画像を生成し、表示する（ステップＳ３）。ステップＳ３の処理は、例えば、次のようなものである。

処理回路４６は、記憶回路４５から画像生成機能４６４に相当するプログラムを読み出して実行する。画像生成機能４６４は、投影データ記憶回路４３に格納されている生データを再構成し、ＣＴ画像を生成する機能である。再構成方法は、例えば、逆投影処理、逐次近似法である。処理回路４６は、記憶回路４５から表示制御機能４６５に相当するプログラムを読み出して実行する。表示制御機能４６５は、画像記憶回路４４に格納されているＣＴ画像をディスプレイ４２に表示する機能である。

なお、処理回路４６は、上述した処理を実行する際、適宜、記憶回路４５から制御機能４６６に相当するプログラムを読み出して実行する。制御機能４６６は、架台２、寝台２０及びコンソール４０の各構成要素を目的に応じて適切なタイミングで動作させる機能及びその他の機能を含む。

図３及び図４を参照しながら、第１の実施形態に係る高電圧発生装置３の構成を説明する。図３は、第１の実施形態に係る高電圧発生装置の構成例を示す図である。図４は、第１の実施形態に係るフィードバック回路の構成例を示す図である。

高電圧発生装置３は、図３に示すように、交流電源３０１と、ダイオード３０２１と、ダイオード３０２２と、ダイオード３０２３と、ダイオード３０２４と、コンデンサ３０３と、コイル３０４と、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５と、ダイオード３０６と、コンデンサ３０７と、フィードバック回路３０８と、スイッチング回路３０９と、インバータ回路３１０と、高電圧発生回路３１１と、フィードバック回路３１２と、スイッチング回路３１３とを備える。

交流電源３０１の一方の端子は、ダイオード３０２１のアノード及びダイオード３０２４のカソードと接続されている。交流電源３０１の他方の端子は、ダイオード３０２２のカソード及びダイオード３０２３のアノードと接続されている。

ダイオード３０２１、ダイオード３０２２、ダイオード３０２３及びダイオード３０２４は、ダイオードブリッジを形成している。したがって、これら四つのダイオードは、次のように接続されている。

ダイオード３０２１のアノードは、交流電源３０１の一方の端子及びダイオード３０２４のカソードと接続されている。ダイオード３０２１のカソードは、ダイオード３０２３のカソード及びコンデンサ３０３の一方の端子と接続されている。ダイオード３０２２のアノードは、ダイオード３０２４のアノード及びコンデンサ３０３の他方の端子と接続されている。ダイオード３０２２のカソードは、交流電源３０１の他方の端子及びダイオード３０２３のアノードと接続されている。

ダイオード３０２３のアノードは、交流電源３０１の他方の端子及びダイオード３０２２のカソードと接続されている。ダイオード３０２３のカソードは、ダイオード３０２１のカソード及びコンデンサ３０３の一方の端子と接続されている。ダイオード３０２４のアノードは、ダイオード３０２２のアノード及びコンデンサ３０３の他方の端子と接続されている。ダイオード３０２４のカソードは、交流電源３０１の一方の端子及びダイオード３０２１のアノードと接続されている。

コンデンサ３０３の一方の端子は、ダイオード３０２１のカソード、ダイオード３０２３のカソード及びコイル３０４の一方の端子と接続されている。コンデンサ３０３の他方の端子は、ダイオード３０２２のアノード、ダイオード３０２４のアノード及びｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のソース電極と接続されている。

コイル３０４、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５、ダイオード３０６及びコンデンサ３０７は、昇圧回路を構成している。したがって、これらは、次のように接続されている。

コイル３０４の一方の端子は、ダイオード３０２１のカソード、ダイオード３０２３のカソード及びコンデンサ３０３の一方の端子と接続されている。コイル３０４の他方の端子は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のドレイン電極及びダイオード３０６のアノードと接続されている。

ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のゲート電極は、スイッチング回路３０９の出力端子と接続されている。ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のドレイン電極は、コイル３０４の他方の端子及びダイオード３０６のアノードと接続されている。ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のソース電極は、ダイオード３０２２のアノード、ダイオード３０２４のアノード、コンデンサ３０３の他方の端子及びコンデンサ３０７の他方の端子と接続されている。

ダイオード３０６のアノードは、コイル３０４の他方の端子及びｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のドレイン電極と接続されている。ダイオード３０６のカソードは、コンデンサ３０７の一方の端子及びフィードバック回路３０８の入力端子と接続されている。

コンデンサ３０７の一方の端子は、ダイオード３０６のカソード、フィードバック回路３０８の入力端子及びインバータ回路３１０と接続されている。コンデンサ３０７の他方の端子は、ダイオード３０２２のアノード、ダイオード３０２４のアノード、コンデンサ３０３の他方の端子、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のソース電極及びインバータ回路３１０と接続されている。コンデンサ３０７の静電容量は、例えば、１０００μＦである。

図４に示すように、フィードバック回路３０８は、第１の入力端子３０８１と、第２の入力端子３０８２と、第１の抵抗器３０８３と、スイッチ３０８４と、スイッチ操作機構３０８５と、オペアンプ３０８６と、第２の抵抗器３０８７と、コンデンサ３０８８と、コンデンサ３０８９とを備える。

第１の入力端子３０８１は、オペアンプ３０８６の反転入力端子にコンデンサ３０７の二つの端子間の電圧を供給する。第１の入力端子３０８１の一方の端子は、ダイオード３０６のカソード及びコンデンサ３０７の一方の端子に接続されている。第１の入力端子３０８１の他方の端子は、抵抗器３１８３の一方の端子及びスイッチ３０８４の一方の端子に接続されている。

第２の入力端子３０８２は、オペアンプ３０８６の非反転入力端子に基準電圧を供給する。第２の入力端子３０８２の一方の端子は、例えば、オペアンプ３０８６に基準電圧を供給する回路に接続されている。第２の入力端子３０８２の他方の端子は、オペアンプ３０８６の非反転入力端子に接続されている。

第１の抵抗器３０８３は、抵抗器３１８３と、抵抗器３２８３とを含む。第１の抵抗器３０８３は、力率改善回路が出力する電圧が入力される。すなわち、第１の抵抗器３０８３は、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が入力される。抵抗器３１８３の一方の端子は、第１の入力端子３０８１の他方の端子及びスイッチ３０８４の一方の端子に接続されている。抵抗器３１８３の他方の端子は、抵抗器３２８３の他方の端子、オペアンプ３０８６の反転入力端子、第２の抵抗器３０８７の一方の端子及びコンデンサ３０８９の一方の端子に接続されている。

スイッチ３０８４は、第１の抵抗器３０８３の抵抗値を変化させる。具体的には、スイッチ３０８４は、第１の抵抗器３０８３の抵抗値を離散的に変化させる。例えば、スイッチ３０８４は、第１の抵抗器３０８３の抵抗値に寄与する抵抗器を切り替えることにより、第１の抵抗器３０８３の抵抗値を離散的に変化させる。或いは、スイッチ３０８４は、第１の抵抗器３０８３の抵抗値を連続的に変化させる。スイッチ３０８４の構成は、特に限定されない。スイッチ３０８４の一方の端子は、第１の入力端子３０８１の他方の端子及び抵抗器３１８３の一方の端子に接続されている。スイッチ３０８４の他方の端子は、抵抗器３２８３の一方の端子に接続されている。

抵抗器３２８３の一方の端子は、スイッチ３０８４の他方の端子に接続されている。抵抗器３２８３の他方の端子は、抵抗器３１８３の他方の端子、オペアンプ３０８６の反転入力端子、第２の抵抗器３０８７の一方の端子及びコンデンサ３０８９の一方の端子に接続されている。

スイッチ操作機構３０８５の構成は、特に限定されない。スイッチ操作機構３０８５は、スイッチ３０８４のオンとオフを切り替えることができればよい。

オペアンプ３０８６の非反転入力端子は、第２の入力端子３０８２の他方の端子に接続されている。オペアンプ３０８６の反転入力端子は、抵抗器３１８３の他方の端子、抵抗器３２８３の他方の端子、第２の抵抗器３０８７の一方の端子及びコンデンサ３０８９の一方の端子に接続されている。オペアンプ３０８６の出力端子は、コンデンサ３０８８の他方の端子、コンデンサ３０８９の他方の端子及びスイッチング回路３０９の入力端子に接続されている。

第２の抵抗器３０８７の一方の端子は、抵抗器３１８３の他方の端子、抵抗器３２８３の他方の端子、オペアンプ３０８６の反転入力端子、コンデンサ３０８９の一方の端子に接続されている。第２の抵抗器３０８７の他方の端子は、コンデンサ３０８８の一方の端子に接続されている。すなわち、第２の抵抗器３０８７の他方の端子は、コンデンサ３０８８を介して、オペアンプ３０８６の出力端子に接続されている。

コンデンサ３０８８の一方の端子は、第２の抵抗器３０８７の他方の端子に接続されている。すなわち、コンデンサ３０８８の一方の端子は、第２の抵抗器３０８７を介して、オペアンプ３０８６の反転入力端子に接続されている。コンデンサ３０８８の他方の端子は、オペアンプ３０８６の出力端子、コンデンサ３０８９の他方の端子及びスイッチング回路３０９の入力端子に接続されている。

コンデンサ３０８９の一方の端子は、抵抗器３１８３の他方の端子、抵抗器３２８３の他方の端子、オペアンプ３０８６の反転入力端子、第２の抵抗器３０８７の一方の端子に接続されている。コンデンサ３０８９の他方の端子は、オペアンプ３０８６の出力端子、コンデンサ３０８８の他方の端子及びスイッチング回路３０９の入力端子に接続されている。

図３に示すように、スイッチング回路３０９の入力端子は、フィードバック回路３０８の出力端子と接続されている。スイッチング回路３０９の出力端子は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のゲート電極と接続されている。

なお、ダイオード３０２１、ダイオード３０２２、ダイオード３０２３、ダイオード３０２４、コンデンサ３０３、コイル３０４、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５、ダイオード３０６、コンデンサ３０７、フィードバック回路３０８及びスイッチング回路３０９は、力率改善回路を構成している。

インバータ回路３１０は、スイッチング素子を有する。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）である。インバータ回路３１０は、コンデンサ３０７の二つの端子及び高電圧発生回路３１１と接続されている。また、インバータ回路３１０が有するスイッチング素子は、スイッチング回路３１３の出力端子と接続されている。

高電圧発生回路３１１は、インバータ回路３１０、フィードバック回路３１２の入力端子及びＸ線管６と接続されている。

フィードバック回路３１２の構成は、例えば、フィードバック回路３０８が有する第１の抵抗器３０８３、スイッチ３０８４及びスイッチ操作機構３０８５を抵抗器で置換した回路の構成と同様である。フィードバック回路３１２の第１の入力端子は、高電圧発生回路３１１と接続されている。フィードバック回路３１２の第２の入力端子は、例えば、基準電圧を供給する回路に接続されている。フィードバック回路３１２の出力端子は、スイッチング回路３１３の入力端子と接続されている。

スイッチング回路３１３の構成は、例えば、スイッチング回路３０９の構成と同様である。スイッチング回路３１３の入力端子は、フィードバック回路３１２の出力端子と接続されている。スイッチング回路３１３の出力端子は、インバータ回路３１０が有するスイッチング素子と接続されている。

図５から図１１を参照しながら、第１の実施形態に係る高電圧発生装置３の動作を説明する。図５は、全波整流により発生する脈流に含まれる振動成分の一例を示す図である。図６は、コンデンサにより平滑化された振動成分の一例を示す図である。図７は、インバータ入力電流とインバータ入力電圧の導通角の差が大きい場合の一例を示す図である。図８は、インバータ入力電流とインバータ入力電圧の導通角の差が小さい場合の一例を示す図である。図９は、ゲインの切り替えを行わない場合におけるインバータ入力電圧及び管電圧の時間変化を示す図である。図１０は、フィードバック回路のゲインの周波数特性を示す図である。図１１は、ゲインの切り替えを行う場合におけるインバータ入力電圧、管電圧及びゲインの時間変化を示す図である。

交流電源３０１は、交流を発生させる。この交流は、例えば、正弦波交流である。ダイオード３０２１、ダイオード３０２２、ダイオード３０２３及びダイオード３０２４は、整流作用を有する。このため、ダイオード３０２１、ダイオード３０２２、ダイオード３０２３及びダイオード３０２４は、交流電源３０１が発生させた交流を整流することができる。具体的には、ダイオード３０２１、ダイオード３０２２、ダイオード３０２３及びダイオード３０２４は、交流電源３０１が発生させた交流を全波整流することができる。

図３において交流電源３０１が発生させた交流が時計回りに流れる場合、この交流は、交流電源３０１、ダイオード３０２１、コンデンサ３０３、ダイオード３０２２、交流電源３０１の順に流れる。図３において交流電源３０１が発生させた交流が反時計回りに流れる場合、この交流は、交流電源３０１、ダイオード３０２３、コンデンサ３０３、ダイオード３０２４、交流電源３０１の順に流れる。このため、コンデンサ３０３を流れる電流は、交流電源３０１が発生させた交流が流れる方向に関らず、ダイオード３０２１のカソード及びダイオード３０２３のカソードに接続されている端子からダイオード３０２２のアノード及びダイオード３０２４のアノードに接続されている端子へ流れる。したがって、交流電源３０１が発生させた交流は、例えば、全波整流により図５に示した脈流ＰＵとなる。

脈流ＰＵの周期は、交流電源３０１が発生させる交流の周期の半分である。また、脈流ＰＵは、例えば、図５に示すように、自己の周期より短い周期の振動成分ＯＳ１を含む。振動成分ＯＳ１は、スイッチング回路３０９がｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の導通状態と非導通状態とを脈流の周期より短い周期で切り替えることにより発生する。したがって、振動成分ＯＳ１の周期は、スイッチング回路３０９がｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の導通状態と非導通状態とを切り替える周期に等しい。なお、このような振動成分は、リップルとも呼ばれる。

コンデンサ３０３は、大きな電流が流れている時に充電され、小さな電流が流れている時に放電する。また、図５に示すように、振動成分ＯＳ１の周期は、脈流ＰＵの周期と大きく異なる。このため、図５に示した脈流ＰＵが含む振動成分ＯＳ１を平滑化することができる。これにより、図５に示した振動成分ＯＳ１は、例えば、図６に示した振動成分ＯＳ２となる。振動成分ＯＳ２の振幅は、振動成分ＯＳ１の振幅よりも小さい。なお、コンデンサ３０３の静電容量は、例えば、数μＦである。これは、コンデンサ３０３の静電容量が大きい場合、脈流ＰＵの波形が崩れ、高電圧発生装置３の力率を改善することができなくなってしまうからである。また、このような振動成分の振幅の抑制は、臨界モード制御とも呼ばれる。

コイル３０４は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５が導通状態である場合、コンデンサ３０３により振動成分が平滑化された脈流を導通させることにより、エネルギーを蓄える。そして、コイル３０４は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５が非導通状態である場合、このエネルギーを直流としてダイオード３０６のアノードへ放出する。ダイオード３０６は、コイル３０４が放出した直流を導通させ、コンデンサ３０７に供給する。これにより、コンデンサ３０７に電荷が蓄積され、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が増加する。

フィードバック回路３０８は、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が所定の基準電圧となるように負帰還制御を行う。具体的には、フィードバック回路３０８は、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が基準電圧以上である場合、スイッチング回路３０９がコンデンサ３０７の二つの端子間の電圧を増加させる動作を停止させる。すなわち、この場合、フィードバック回路３０８は、スイッチング回路３０９を制御し、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の導通状態と非導通状態を切り替える信号の送信を停止させる。また、フィードバック回路３０８は、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が基準電圧よりも低い場合、スイッチング回路３０９がコンデンサ３０７の二つの端子間の電圧を増加させる動作を継続させる。すなわち、この場合、フィードバック回路３０８は、スイッチング回路３０９を制御し、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の導通状態と非導通状態を切り替える信号の送信を継続させる。

スイッチング回路３０９は、フィードバック回路３０８による制御の下、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５のゲート電極へ導通状態と非導通状態を切り替える信号を送信する。この信号は、例えば、周波数が３０ｋＨｚから１００ｋＨｚの矩形波である。ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５は、例えば、この矩形波がハイレベルである時に導通状態となり、この矩形波がローレベルである時に非導通状態となる。また、この信号の周波数が大きいため、高電圧発生装置３は、コンデンサ３０３及びコイル３０４を小さくすることができる。

ここで、図７に示すように、インバータ入力電流Ａ（ｉ）とインバータ入力電圧Ｖの導通角の差が大きい場合、高電圧発生装置３の力率が低下する。このため、交流電源３０１の皮相電力、容量、寸法及び重量が増加してしまう。

そこで、フィードバック回路３０８が行う負帰還制御の周波数は、交流電源３０１が発生させる交流の周波数よりも低く設定されている。例えば、フィードバック回路３０８が行う負帰還制御の周波数は、５Ｈｚから１０Ｈｚである。また、上述した通り、コンデンサ３０３は、全波整流により発生した脈流が含む振動成分を平滑化する。このため、高電圧発生装置３は、図８に示すように、インバータ入力電流Ａ（ｆ）とインバータ入力電圧Ｖの導通角の差を小さくすることにより、力率を改善している。これにより、交流電源３０１の皮相電力、容量、寸法及び重量の増加が抑制される。

しかし、上述した通り、フィードバック回路３０８は、負帰還制御の周波数が交流電源３０１により供給される交流の周波数よりも低く設定されている。このため、Ｘ線管６がＸ線の照射を開始又は終了することにより高電圧発生装置３に掛かる負荷が急激に変動した場合、フィードバック回路３０８によるコンデンサ３０７の二つの端子間の電圧の制御が遅れてしまう。

例えば、図９の上段に示すように、時刻ｔ（Ｓ）でＸ線管６がＸ線の照射を開始した場合、高電圧発生装置３に掛かる負荷が急増する。このため、図９の下段に示すように、インバータ入力電圧が一時的に低下してしまう。したがって、図９の上段に示すように、Ｘ線管６に供給される管電圧が変動してしまう。また、これにより、例えば、Ｘ線管６が照射するＸ線の線量が変動してしまう。

また、図９の上段に示すように、時刻ｔ（Ｅ）でＸ線管６がＸ線の照射を終了した場合、高電圧発生装置３に掛かる負荷が急減する。このため、図９の下段に示すように、インバータ入力電圧が一時的に上昇してしまう。したがって、図９の上段に示すように、高電圧発生装置３は、時刻ｔ（Ｅ）以降までＸ線管６に管電圧を供給してしまう。また、これにより、Ｘ線管６は、本来Ｘ線を照射すべきでない期間にＸ線を発生させてしまう。そこで、Ｘ線ＣＴ装置１は、次のような制御を行う。

図１０に示したフィードバック回路３０８のゲインの周波数特性について説明する。第１の抵抗器３０８３の抵抗値をＲとし、オペアンプ３０８６の反転入力端子と出力端子の間のインピーダンスをＺとすると、フィードバック回路３０８のゲインの周波数特性は、Ｚ／Ｒとなる。

スイッチ３０８４がオフである場合、Ｒが大きくなるため、フィードバック回路３０８のゲインの周波数特性は、例えば、図１０に示した点線Ｄで表される。この場合、ゲインが小さくなるため、フィードバック回路３０８の応答速度が遅くなる。フィードバック回路３０８に周波数ｆ（Ｓ）の信号が入力された場合、ゲインが０ｄＢであるため、フィードバック回路３０８は、周波数ｆ（Ｓ）で負帰還制御を行う。フィードバック回路３０８に周波数ｆ（Ｆ）の信号が入力された場合、ゲインが０ｄＢよりも小さいため、フィードバック回路３０８は、周波数ｆ（Ｆ）よりも低い周波数で負帰還制御を行う。

スイッチ３０８４がオンである場合、Ｒが小さくなるため、フィードバック回路３０８のゲインの周波数特性は、例えば、図１０に示した実線Ｓで表される。この場合、ゲインが大きくなるため、フィードバック回路３０８の応答速度が速くなる。フィードバック回路３０８に周波数ｆ（Ｓ）の信号が入力された場合、ゲインが０ｄＢよりも大きいため、フィードバック回路３０８は、周波数ｆ（Ｓ）よりも高い周波数で負帰還制御を行う。フィードバック回路３０８に周波数ｆ（Ｆ）の信号が入力された場合、ゲインが０ｄＢであるため、フィードバック回路３０８は、周波数ｆ（Ｆ）で負帰還制御を行う。

スイッチ操作機構３０８５の動作について説明する。スイッチ操作機構３０８５は、Ｘ線管６によるＸ線の照射の開始により力率改善回路が出力する電圧が変動する時にスイッチを操作する。例えば、スイッチ操作機構３０８５は、Ｘ線管６がＸ線の照射を開始する時点を含む所定の期間の間、スイッチを操作したままにしておく。なお、次の説明では、図１１の上段に示すように、図１１の中段に示した時刻ｔ（Ｓ）から時刻ｔ（Ｓ）＋Δｔ（Ｓ２）において高電圧発生装置３に掛かる負荷が急増し、図１１の中段に示した時刻ｔ（Ｅ）からｔ（Ｅ２）において高電圧発生装置３に掛かる負荷が急減する場合を例に挙げて説明する。なお、時刻ｔ（Ｓ）及び時刻ｔ（Ｅ）は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置１のスキャン計画により既知となっている。また、次の内容は、Ｘ線管６がＸ線を間欠照射する場合及びＸ線管６がＸ線を連続照射する場合のいずれにも適用することができる。

処理回路４６は、スイッチ操作機能４６２により、上述したステップＳ１において、図１１の中段に示した時刻ｔ（Ｓ）−Δｔ（Ｓ１）にスイッチ操作機構３０８５へスイッチ３０８４のオンとオフを切り替えさせる信号を送信する。時刻ｔ（Ｓ）−Δｔ（Ｓ１）は、高電圧発生装置３がＸ線管６に管電圧の供給を開始する時刻ｔ（Ｓ）よりもΔｔ（Ｓ１）だけ前の時刻である。スイッチ操作機構３０８５は、この信号を受信し、スイッチ３０８４をオンにする。これにより、フィードバック回路３０８の応答速度が速くなる。このため、高電圧発生装置３は、図１１の下段に示すように、Ｘ線管６がＸ線の照射を開始したことにより負荷が急増しても、インバータ入力電圧を一定の値のまま維持することができる。

処理回路４６は、上述したステップＳ１において、図１１の中段に示した時刻ｔ（Ｓ）＋Δｔ（Ｓ２）にスイッチ操作機構３０８５へスイッチ３０８４のオンとオフを切り替えさせる信号を送信する。時刻ｔ（Ｓ）＋Δｔ（Ｓ２）は、高電圧発生装置３がＸ線管６に管電圧の供給を開始する時刻ｔ（Ｓ）よりもΔｔ（Ｓ２）だけ後の時刻である。スイッチ操作機構３０８５は、この信号を受信し、スイッチ３０８４をオフにする。これにより、フィードバック回路３０８の応答速度が遅くなる。このため、高電圧発生装置３は、Ｘ線管６がＸ線の照射を継続している間も高い力率を維持することができる。

スイッチ操作機構３０８５は、Ｘ線管６によるＸ線の照射の終了により力率改善回路が出力する電圧が変動する時にスイッチを操作する。例えば、スイッチ操作機構３０８５は、Ｘ線管６がＸ線の照射を終了する時点を含む所定の期間の間、スイッチを操作したままにしておく。

処理回路４６は、上述したステップＳ１において、図１１に示した時刻ｔ（Ｅ）−Δｔ（Ｅ１）にスイッチ操作機構３０８５へスイッチ３０８４のオンとオフを切り替えさせる信号を送信する。時刻ｔ（Ｅ）−Δｔ（Ｅ１）は、高電圧発生装置３がＸ線管６に管電圧の供給を開始する時刻ｔ（Ｅ）よりもΔｔ（Ｅ１）だけ前の時刻である。スイッチ操作機構３０８５は、この信号を受信し、スイッチ３０８４をオンにする。これにより、フィードバック回路３０８の応答速度が速くなる。このため、高電圧発生装置３は、図１１の下段に示すように、Ｘ線管６がＸ線の照射を終了したことにより負荷が急減しても、インバータ入力電圧を一定の値のまま維持することができる。

処理回路４６は、上述したステップＳ１において、図１１の中段に示した時刻ｔ（Ｅ）＋Δｔ（Ｅ２）にスイッチ操作機構３０８５へスイッチ３０８４のオンとオフを切り替えさせる信号を送信する。時刻ｔ（Ｅ）＋Δｔ（Ｅ２）は、高電圧発生装置３がＸ線管６に管電圧の供給を開始する時刻ｔ（Ｅ）よりもΔｔ（Ｅ２）だけ後の時刻である。スイッチ操作機構３０８５は、この信号を受信し、スイッチ３０８４をオフにする。これにより、フィードバック回路３０８の応答速度が遅くなる。このため、高電圧発生装置３は、Ｘ線管６がＸ線の照射を終了した後も高い力率を維持することができる。

インバータ回路３１０は、力率改善回路から供給された直流を交流に変換する。また、インバータ回路３１０は、フィードバック回路３１２が行う負帰還制御により、高電圧発生回路３１１へ出力する電圧を調整する。これにより、高電圧発生装置３は、Ｘ線管６に供給する管電圧を調整する。

フィードバック回路３１２は、高電圧発生回路３１１がＸ線管６へ供給する管電圧が目的の電圧となるように負帰還制御を行う。具体的には、フィードバック回路３１２は、高電圧発生回路３１１がＸ線管６に供給する管電圧が基準電圧以上である場合、管電圧を増加させる動作を停止させる。すなわち、この場合、フィードバック回路３１２は、スイッチング回路３１３を制御し、スイッチング素子の導通状態と非導通状態を切り替える信号の送信を停止させる。

また、フィードバック回路３１２は、高電圧発生回路３１１がＸ線管６に供給する管電圧が基準電圧よりも低い場合、スイッチング回路３１３がコンデンサ３０７の二つの端子間の管電圧を増加させる動作を継続させる。すなわち、この場合、フィードバック回路３１２は、スイッチング回路３１３を制御し、スイッチング素子の導通状態と非導通状態を切り替える信号の送信を継続させる。

スイッチング回路３１３は、例えば、パルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）制御によりインバータ回路３１０が有するスイッチング素子を制御することにより、高電圧発生回路３１１がＸ線管６へ供給する管電圧を制御している。

上述したように、第１の実施形態に係る高電圧発生装置３は、Ｘ線管６によるＸ線の照射の開始及びＸ線管６によるＸ線の照射の終了の少なくとも一方により力率改善回路が出力する電圧が変動する時にスイッチ操作機構３０８５によりスイッチ３０８４を操作し、フィードバック回路３０８の応答速度を速くする。このため、高電圧発生装置３は、Ｘ線管６がＸ線の照射を開始したことにより負荷が急増した場合及びＸ線管６がＸ線の照射を終了したことにより負荷が急減した場合でも、インバータ入力電圧を一定の値のまま維持することができる。

ただし、フィードバック回路３０８の応答速度を速くした場合、高電圧発生装置３の力率が低下する。しかし、この力率の低下は、交流電源３０１の両端と接続された入力フィルタにより抑制することができる。具体的には、この力率の低下は、ラインフィルタの寄生ノーマル成分やＸコンデンサにより抑制することができる。

Ｘ線管６によるＸ線の照射の開始又はＸ線管６によるＸ線の照射の終了により力率改善回路が出力する電圧が変動する期間は、Ｘ線管６がＸ線を照射する期間に比べ僅少である。このため、高電圧発生装置３は、高い力率を維持することができる。

高電圧発生装置３は、リアクトルを必要としない。このため、高電圧発生装置３は、寸法及び重量の増加を抑制しつつ、Ｘ線管６に電力を供給する交流電源３０１の皮相電力を削減し、交流電源３０１の容量を抑制することができる。また、これにより、ラインフィルタ、Ｘコンデンサ及び交流電源３０１とＸコンデンサとの間に設けられたヒューズを小さくすることができる。

高電圧発生装置３は、インバータ回路３１０が高電圧発生回路３１１へ出力する電圧を調整することにより、Ｘ線管６に供給する管電圧を調整する。このため、高電圧発生装置３は、その構成を変更すること無く、上述した効果を奏することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る高電圧発生装置３ａについて説明する。また、第１の実施形態と同じ構成要素については、第１の実施形態の説明で使用した符号と同様の符号を使用する。なお、第１の実施形態と重複する内容については、詳細な説明を省略する。

図１２を参照しながら、第２の実施形態に係る高電圧発生装置３ａの構成を説明する。図１２は、第２の実施形態に係る高電圧発生装置の構成例を示す図である。第１の実施形態に係る高電圧発生装置３は、インバータ回路３１０の出力電圧を調整することにより管電圧を調整した。一方、第２の実施形態に係る高電圧発生装置３ａは、インバータ入力電圧を調整することにより管電圧を調整する。

高電圧発生装置３ａは、図１２に示すように、交流電源３０１と、ダイオード３０２１と、ダイオード３０２２と、ダイオード３０２３と、ダイオード３０２４と、コンデンサ３０３と、コイル３０４と、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５と、ダイオード３０６と、コンデンサ３０７と、フィードバック回路３０８ａと、スイッチング回路３０９と、インバータ回路３１０ａと、高電圧発生回路３１１ａと、スイッチング回路３１３ａとを備える。

フィードバック回路３０８ａの構成は、第１の実施形態に係るフィードバック回路３０８と同様である。フィードバック回路３０８ａの第１の入力端子は、ダイオード３０６のカソード及びコンデンサ３０７の一方の端子に接続されている。フィードバック回路３０８ａの第２の端子は、高電圧発生回路３１１ａに接続されている。フィードバック回路３０８ａの第２の入力端子は、オペアンプの非反転入力端子に高電圧発生回路３１１ａがＸ線管６に供給する管電圧を昇圧比ｎで割った電圧を供給する。

ここで、昇圧比ｎとは、高電圧発生回路３１１ａがＸ線管６に供給する管電圧をインバータ入力電圧で割った値である。ただし、上述したように、コイル３０４、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５、ダイオード３０６及びコンデンサ３０７は、昇圧回路を構成している。このため、高電圧発生装置３ａは、インバータ入力電圧を交流電源３０１が供給する交流電圧よりも小さくすることができない。したがって、交流電源３０１が単相交流を供給する場合、昇圧比ｎは、管電圧の全範囲において、インバータ入力電圧が単相交流の電圧のルート２倍よりも大きくなるように設定される必要がある。また、交流電源３０１が三相交流を供給する場合、昇圧比ｎは、管電圧の全範囲において、インバータ入力電圧が三相交流の電圧のルート３倍よりも大きくなるように設定される必要がある。

スイッチング回路３１３ａは、インバータ回路３１０ａが有するスイッチング素子と接続されている。

第２の実施形態に係る高電圧発生装置３ａの動作を説明する。フィードバック回路３０８ａは、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が高電圧発生回路３１１ａがＸ線管６に供給する管電圧を昇圧比ｎで割った電圧となるように負帰還制御を行う。具体的には、フィードバック回路３０８ａは、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が高電圧発生回路３１１ａがＸ線管６に供給する管電圧を昇圧比ｎで割った電圧以上である場合、スイッチング回路３０９がコンデンサ３０７の二つの端子間の電圧を増加させる動作を停止させる。すなわち、この場合、フィードバック回路３０８ａは、スイッチング回路３０９を制御し、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の導通状態と非導通状態を切り替える信号の送信を停止させる。

また、フィードバック回路３０８ａは、コンデンサ３０７の二つの端子間の電圧が高電圧発生回路３１１ａがＸ線管６に供給する管電圧を昇圧比ｎで割った電圧よりも低い場合、スイッチング回路３０９がコンデンサ３０７の二つの端子間の電圧を増加させる動作を継続させる。すなわち、この場合、フィードバック回路３０８ａは、スイッチング回路３０９を制御し、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の導通状態と非導通状態を切り替える信号の送信を継続させる。

スイッチング回路３１３ａは、インバータ回路３１０ａが有するスイッチング素子に導通状態と非導通状態を切り替える信号を送信する。この信号のデューティー比は、５０％である。これにより、スイッチング回路３１３ａは、インバータ回路３１０ａがデッドタイムを除き高電圧発生回路３１１ａに電圧を供給し続けるように制御する。このため、上述した昇圧比ｎは、一定値となる。

上述したように、第２の実施形態に係る高電圧発生装置３ａは、Ｘ線管６によるＸ線の照射の開始及びＸ線管６によるＸ線の照射の終了の少なくとも一方により力率改善回路が出力する電圧が変動する時にスイッチ操作機構３０８５によりスイッチ３０８４を操作し、フィードバック回路３０８ａの応答速度を速くする。このため、高電圧発生装置３ａは、Ｘ線管６がＸ線の照射を開始したことにより負荷が急増した場合及びＸ線管６がＸ線の照射を終了したことにより負荷が急減した場合でも、インバータ入力電圧を一定の値のまま維持することができる。

ただし、フィードバック回路３０８ａの応答速度を速くした場合、高電圧発生装置３ａの力率が低下する。しかし、この力率の低下は、交流電源３０１の両端と接続された入力フィルタにより抑制することができる。具体的には、この力率の低下は、ラインフィルタの寄生ノーマル成分やＸコンデンサにより抑制することができる。

Ｘ線管６によるＸ線の照射の開始又はＸ線管６によるＸ線の照射の終了により力率改善回路が出力する電圧が変動する期間は、Ｘ線管６がＸ線を照射する期間に比べ僅少である。このため、高電圧発生装置３ａは、高い力率を維持することができる。

高電圧発生装置３ａは、リアクトルを必要としない。このため、高電圧発生装置３ａは、寸法及び重量の増加を抑制しつつ、Ｘ線管６に電力を供給する交流電源３０１の皮相電力を削減し、交流電源３０１の容量を抑制することができる。また、これにより、ラインフィルタ、Ｘコンデンサ及び交流電源３０１とＸコンデンサとの間に設けられたヒューズを小さくすることができる。

高電圧発生装置３ａは、インバータ入力電圧を調整することにより、Ｘ線管６に供給する管電圧を調整する。このため、高電圧発生装置３ａは、第１の実施形態に係る高電圧発生装置３が行うパルス幅変調制御によるスイッチング損失の発生を回避することができる。また、高電圧発生装置３ａは、第１の実施形態に係る高電圧発生装置３と異なり、スイッチング回路３１３ａを制御するフィードバック回路を省略することができる。

第１の実施形態に係る高電圧発生装置３又は第２の実施形態に係る高電圧発生装置３ａは、ダイオード３０２３及びダイオード３０２４を有していなくてもよい。この場合、ダイオード３０２１及びダイオード３０２２は、交流電源３０１が発生させた交流を半波整流する。このため、交流電源３０１が発生させた交流は、半波整流により脈流となる。

高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａは、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ３０５の代わりに絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：ＩＧＢＴ）を有していてもよい。

第１の実施形態及び第２の実施形態では、スイッチ３０８４が第１の抵抗器３０８３の抵抗値を変化させたが、これに限定されない。高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａが有するスイッチは、第１の抵抗器３０８３の抵抗値を変化させること、第２の抵抗器３０８７の抵抗値を変化させること及びオペアンプ３０８６に負帰還が掛かる範囲内でコンデンサ３０８８及びコンデンサ３０８９の少なくとも一方の静電容量を変化させることの少なくとも一つを行う。

また、このスイッチは、第１の抵抗器３０８３の抵抗値、第２の抵抗器３０８７の抵抗値及びコンデンサ３０８８及びコンデンサ３０８９の少なくとも一方の静電容量の少なくとも一つを離散的に変化させる。或いは、このスイッチは、第１の抵抗器３０８３の抵抗値、第２の抵抗器３０８７の抵抗値及びコンデンサ３０８８及びコンデンサ３０８９の少なくとも一方の静電容量の少なくとも一つを連続的に変化させる。

ただし、このスイッチは、コンデンサ３０８８及びコンデンサ３０８９の少なくとも一方の静電容量を変化させるよりも、第１の抵抗器３０８３の抵抗値及び第２の抵抗器３０８７の抵抗値少なくとも一方を変化させる方が好ましい。なぜなら、コンデンサ３０８８及びコンデンサ３０８９の少なくとも一方の静電容量を変化させた場合、オペアンプ３０８６に正帰還が掛かり、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが発振してしまうことがあるからである。

第２の抵抗器３０８７は、第１の抵抗器３０８３と同様、複数の抵抗器を含んでいてもよい。第２の抵抗器３０８７に含まれる抵抗器の数は、特に限定されない。この場合、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａは、これらの抵抗器のうち第２の抵抗器３０８７の抵抗値に寄与する抵抗器を切り替えるスイッチ及びこのスイッチを操作するスイッチ操作機構を有する。

第１の抵抗器３０８３及び第２の抵抗器３０８７の少なくとも一方は、可変抵抗器でもよい。この場合、フィードバック回路３０８及びフィードバック回路３０８ａの少なくとも一方は、可変抵抗器の抵抗値を変化させるスイッチ及びこのスイッチを操作するスイッチ操作機構を有する。

なお、第１の抵抗器３０８３及び第２の抵抗器３０８７の少なくとも一方は、可変抵抗器であるよりも複数の抵抗器を含んでいる方が好ましい。なぜなら、可変抵抗器よりも複数の抵抗器、スイッチ及びこのスイッチを操作するスイッチ操作機構の方が安価であることが多いからである。また、第１の抵抗器３０８３及び第２の抵抗器３０８７の少なくとも一方が複数の抵抗器を含んでいる場合、高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａは、インバータ入力電圧を一定の値のまま維持する上で最適な抵抗値と力率の改善する上で最適な抵抗値とを瞬時に切り替えることができるからである。

フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが有するコンデンサは、複数の分割コンデンサを含んでいてもよい。フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが有するコンデンサに含まれる分割コンデンサの数は、特に限定されない。この場合、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａは、これらの分割コンデンサのうちフィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが有するコンデンサの静電容量に寄与する分割コンデンサを切り替えるスイッチ及びこのスイッチを操作するスイッチ操作機構を有する。ただし、このスイッチは、オペアンプ３０８６に負帰還が掛かる範囲内でコンデンサの静電容量を変化させる必要がある。なぜなら、オペアンプ３０８６に正帰還が掛かった場合、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが発振してしまうからである。

フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａは、例えば、コンデンサ３０８８の代わりに図１３に示したコンデンサ３０８８ａ、スイッチ３０８４ａ及びスイッチ操作機構３０８５ａを有していてもよい。コンデンサ３０８８ａは、図１３に示すように、分割コンデンサ３１８８及び分割コンデンサ３２８８を有する。また、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａは、コンデンサ３０８９の代わりに図１３に示したコンデンサ３０８８ａ、スイッチ３０８４ａ及びスイッチ操作機構３０８５ａを有していてもよい。

フィードバック回路３０８及びフィードバック回路３０８ａの少なくとも一方が有するコンデンサは、可変コンデンサでもよい。この場合、フィードバック回路３０８及びフィードバック回路３０８ａの少なくとも一方は、可変抵抗器の抵抗値を変化させるスイッチ及びこのスイッチを操作するスイッチ操作機構を有する。

なお、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが有するコンデンサは、可変コンデンサであるよりも複数の分割コンデンサを含んでいる方が好ましい。なぜなら、可変コンデンサよりも複数の分割コンデンサ、スイッチ及びこのスイッチを操作するスイッチ操作機構の方が安価であることが多いからである。また、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａが有するコンデンサが複数の分割コンデンサを含んでいる場合、高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａは、インバータ入力電圧を一定の値のまま維持する上で最適な静電容量と力率の改善する上で最適な静電容量とを瞬時に切り替えることができるからである。

フィードバック回路３０８及びフィードバック回路３０８ａの構成は、図４に示した構成に限定されない。フィードバック回路３０８及びフィードバック回路３０８ａでは、オペアンプ３０８６の非反転入力端子と出力端子との間にコンデンサ及び抵抗器が設けられていればよい。

第１の実施形態及び第２の実施形態では、スイッチ操作機構３０８５は、力率改善回路が出力する電圧が変動する前にスイッチを操作したが、これに限定されない。例えば、スイッチ操作機構３０８５は、力率改善回路が出力する電圧の変動の発生と同時にスイッチ３０８４を操作してもよい。或いは、スイッチ操作機構３０８５は、力率改善回路が出力する電圧が変動した後にスイッチ３０８４を操作してもよい。特に、Ｘ線管６によるＸ線の照射が手動で行われる場合、これらのタイミングでスイッチ３０８４が操作されることが多い。高電圧発生装置３及び高電圧発生装置３ａは、いずれの場合でも、上述した効果を奏することができる。

上述したフィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａの応答速度の切り替えは、高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａに掛かる負荷の変動が大きい場合に行うことが好ましい。なぜなら、上述した通り、フィードバック回路３０８又はフィードバック回路３０８ａの応答速度を速くした場合、高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａの力率が低下するからである。高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａに掛かる負荷の変動が大きい場合とは、例えば、Ｘ線管６がＸ線の照射を開始する場合、Ｘ線管６がＸ線の照射を終了する場合である。高電圧発生装置３又は高電圧発生装置３ａに掛かる負荷の変動が小さい場合とは、例えば、Ｘ線管６がＸ線を照射している場合、Ｘ線管６がＸ線を照射していない場合、Ｘ線管６が管電流モジュレーションを行っている場合である。

第１の実施形態及び第２の実施形態では、高電圧発生装置３及び高電圧発生装置３ａがＸ線ＣＴ装置１に含まれる場合を例に挙げたが、これに限定されない。高電圧発生装置３及び高電圧発生装置３ａは、Ｘ線診断装置に含まれていてもよい。

上述したプロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）である。また、プログラマブル論理デバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）は、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）である。

上述した実施形態では、高電圧発生装置３、コリメータ調整回路４、架台駆動回路５、データ収集回路１０、寝台駆動回路２２及び処理回路４６は、記憶回路４５に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現したが、これに限定されない。記憶回路４５にプログラムを保存する代わりに、これらの回路それぞれにプログラムを直接組み込んでもよい。この場合、これらの回路は、直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することにより、その機能を実現する。

図１に示した各回路は、適宜分散又は統合されてもよい。例えば、処理回路４６は、スキャン制御機能４６１、前処理機能４６３、画像生成機能４６４、表示制御機能４６５及び制御機能４６６それぞれの機能を実行するスキャン制御回路、前処理回路、画像生成回路、表示制御回路及び制御回路に分散されてもよい。また、例えば、高電圧発生装置３、コリメータ調整回路４、架台駆動回路５、データ収集回路１０、寝台駆動回路２２及び処理回路４６は、任意に統合されてもよい。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、力率を改善しつつ、負荷変動に対する応答性を向上させることができる高電圧発生装置及びＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

３０８６ オペアンプ
３０８３ 第１の抵抗器
３０８７ 第２の抵抗器
３０８８、３０８９ コンデンサ
３０８４ スイッチ
３０８５ スイッチ操作機構

Claims (10)

1. オペアンプと、
   前記オペアンプの反転入力端子に接続され、力率改善回路が出力する電圧が入力される第１の抵抗器と、
   前記反転入力端子と前記オペアンプの出力端子とに接続された第２の抵抗器と、
   前記反転入力端子と前記出力端子とに接続されたコンデンサと、
   前記第１の抵抗器の抵抗値を変化させること、前記第２の抵抗器の抵抗値を変化させること及び前記オペアンプに負帰還が掛かる範囲内で前記コンデンサの静電容量を変化させることの少なくとも一つを行うスイッチと、
   Ｘ線管によるＸ線の照射の開始及び前記Ｘ線管によるＸ線の照射の終了の少なくとも一方により前記力率改善回路が出力する電圧が変動する時に前記スイッチを操作するスイッチ操作機構と、
   を備える、高電圧発生装置。
2. 前記スイッチ操作機構は、前記Ｘ線管がＸ線の照射を開始する時点を含む所定の期間及び前記Ｘ線管がＸ線の照射を終了する時点を含む所定の期間の少なくとも一方の間、前記スイッチを操作したままにしておく、請求項１に記載の高電圧発生装置。
3. 前記スイッチは、前記第１の抵抗器の抵抗値、前記第２の抵抗器の抵抗値及び前記コンデンサの静電容量の少なくとも一つを離散的に変化させる、請求項１又は請求項２に記載の高電圧発生装置。
4. 前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の少なくとも一方は、複数の抵抗器を含み、
   前記スイッチは、前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の少なくとも一方の抵抗値に寄与する前記抵抗器を切り替える、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の高電圧発生装置。
5. 前記第１の抵抗器及び前記第２の抵抗器の少なくとも一方は、可変抵抗器である、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の高電圧発生装置。
6. 前記コンデンサは、複数の分割コンデンサを含み、
   前記スイッチは、前記コンデンサの静電容量に寄与する前記分割コンデンサを切り替える、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の高電圧発生装置。
7. 前記コンデンサは、可変コンデンサである、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の高電圧発生装置。
8. 前記オペアンプの非反転入力端子に所定の電圧が入力される、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の高電圧発生装置。
9. 前記オペアンプの非反転入力端子に前記Ｘ線管に供給される電圧が入力される、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の高電圧発生装置。
10. オペアンプと、
    前記オペアンプの反転入力端子に接続され、力率改善回路が出力する電圧が入力される第１の抵抗器と、
    前記反転入力端子と前記オペアンプの出力端子とに接続された第２の抵抗器と、
    前記反転入力端子と前記出力端子とに接続されたコンデンサと、
    前記第１の抵抗器の抵抗値を変化させること、前記第２の抵抗器の抵抗値を変化させること及び前記オペアンプに負帰還が掛かる範囲内で前記コンデンサの静電容量を変化させることの少なくとも一つを行うスイッチと、
    Ｘ線管によるＸ線の照射の開始及び前記Ｘ線管によるＸ線の照射の終了の少なくとも一方により前記力率改善回路が出力する電圧が変動する時に前記スイッチを操作するスイッチ操作機構と、
    を備える、Ｘ線ＣＴ装置。

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