JPS6180798A - Ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はインバータ方式のＸ線高電圧装置に係り、特に
短時間撮影を行なう場合に好適な管電圧の制御方法に関
する。

〔発明の背景〕　　・ 従来のＸ線装置は、商用電源を受電し、設定管電圧に応
じて電圧調整変圧器を用いて調整した電圧を、高圧変圧
器で昇圧し、全波整流してＸ線管に印加する方式であっ
た。電圧調整器の出力電圧は、摺動ブランの位置を変え
たりタップを切り換えて、所定の電圧としていだので、
Ｘ線曝射中に管電圧を高速に変化することは非常に困難
であった。また、Ｘ線曝射の制御は、高圧変圧器の一次
側に設けたスイッチにより行なっているが、Ｘ線曝射開
始時における管電圧の立ち上りは、高圧変圧器の漏れリ
アクタンスと浮遊容量、および高圧ケーブルの静電容量
によって過渡現象を生じるため、管電圧波形はオーバー
シュートや振動を起こしやすい。この過渡現象を抑制す
るために管電圧の立ち上り時間は長くしており、このた
め、短時間の撮影に制限があった。

以上の欠点を解決するために例えば、特開昭５９−１０
０３８号公報によると、Ｘ線曝射制御のだめのスイッチ
機能と管電圧調整機能を持った四極真空管をＸ線管と直
列に接続する方式がある。

この方式では、四極真空管の消費電力が数ｋＷと小さい
ため、大電流、短時間撮影などの場合、数ｋＶの電圧し
か分担できず、大幅な管電圧の変動には応答しきれなか
った。又、真空管はフィラメントからの熱電子発生を安
定化するためにエージングを必要とし、フィラメントの
寿命があるために種々のメインテナンスを必要としてい
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、主回路定数による過渡応答特性への悪
影響を軽減し、高速応答性を持ち、かつ管電圧制御範囲
の広いＸ線装置を提供する事にある。

〔発明の概要〕

高圧変圧器２次側の電圧を、曝射開始以前に曝射中に必
要な電圧と同電位にしておけば、曝射開始後の電圧変化
が少なく過渡応答条件が緩和できる。

そこで従来用いられていた四極真空管が持つ入出力開閉
機能と電圧調整機能を分割して考え、前者を高圧変圧器
二次側へ、後者を同一次側へ配置し、おのおのにスイッ
チング機能を有する半導体　　　　　　！素子を用いる
構成とする事によって、高速応答性と広い電圧調整範囲
を持たせ、かつ投入のタイミングを適切に制御する事に
よって、過渡応答特性の改善を図ることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。直流
電圧源１はＸ線装置全体に電力を供給するものであり、
商用交流電源を整流し、平滑したものでも、又蓄電池を
用いてもよい。直流電圧源１の出力は電圧調整機能２に
人力し、電圧調整手段２は、直流電圧源１の出力電圧を
例えば、トランジスタチョッパーなどによって調整する
もので、外部からの設定信号電圧を与えると、所定の出
力電圧が得られる。直流−交流変換手段３は、電圧調整
手段２の出力電圧を例えばＧＴＯインバータ回路などに
よって交流電圧に変換するものである。

直流−交流液換手段の出力電圧は、高圧変圧器４にて昇
圧される。昇圧された交流電圧は整流器５によって整流
され、高圧スイッチ７に入力する。

高圧スイッチ７は、詳細は後述するが、例えばＦＥＴ（
電界効果型トランジスタ）を直列接続し、１つを点弧す
ると他のＦＥＴも順次点弧する従属点弧方式のものを用
いる。高圧スイッチ７ば、Ｘ線管９のアノード側とカソ
ード側に分割して配置し、個々の電圧分担を軽減し、か
つＸ線管の対地電圧耐量を小さくしている。

静電容量８は、整流器５よりＸ線管９までの高圧ケーブ
ルに分布する浮遊容量であり、とくに高圧スイッチ７と
Ｘ線管９の間の部分８ｂはスイッチングの時には、応答
遅れの原因となる。静電容量８ｂを小さくするには、高
圧スイッチ７をＸ線管の近傍に配置し、できれば同じ筐
体に入れる事が有効である。抵抗６は、管電圧検出用の
分圧抵抗で、分圧後の管電圧に相当する電圧と設定基準
電圧１２とを誤差増幅器１０で比較する。誤差増幅器１
０はその差分に比例した電圧を出力する。

電圧設定信号発生回路１１は、発振器と、電圧一時比率
変換器又は電圧−周波数変換器を内蔵し、その時比率又
は周波数が前記誤差増幅器１０の出力電圧に応じて制御
され、電圧調整手段２の出力電圧を制御する信号を発生
する。

端子１３には準備信号Ｓｔ３が入力され、この準備信号
８１３は、Ｘ線の曝射に先だって入力され、フィラメン
トの加熱やＸ線管の陽極回転を制御する信号でもある。

本発明の実施例ではこの準備信号８１３　　を前記電圧
調整手段２と直流−交流変換手段３のゲート信号として
用いる。端子１４には前記準備信号８１３　よりも所定
の時間Ｔｏだけ遅れた第１の準備完了別号３１４が入力
する。

前記準備信号８１３によって駆動を開始した電圧調整手
段２と直流交流変換手段３の出力がＸ線を曝射できる状
態に達したことを検出しく検出手段は省略する）、これ
らの検出信号と前記第１の準備完了信号８１４　との論
理積をＡＮＤゲート１６に入力して、その出力を新たに
求めた第２の準備完了信号Ｓ１６とする。

端子１５には、Ｘ線の曝射を開始させる曝射信号Ｓ＋ｓ
を入力する。準備信号８１３と、第２の準備完了信号８
１．及び曝射信号８１５は、第２のＡＮＤゲート１７に
入力し、第２のＡＮＤゲート１７の出力により高圧スイ
ッチ７を点弧する。

第２図を用いて、本発明の詳細な説明する。

まず準備信号８１３により電圧調整手段２と直流−交流
変換手段３を駆動し、発生した電圧が昇圧、整流されて
高圧スイッチ７の入力端ではＥｌなる電圧となる。コン
デンサ２０はＥｌのリプルを低減させるだめのものであ
るが、しかし、このコンデンサへの充電電流によって電
圧調整手段２と直流−交流変換手段３に用いている半導
体素子を破損させないため、両者の出力電圧の立ち上り
が急峻にならないように制御する必要がある。すなわち
準備信号が入力してから第１の準備完了信号８１４　　
が入力するまでの時間をＴＤとすれば、Ｔｏ以内に高圧
スイッチの入力端子Ｅｒが定常状態になるように、電圧
調整手段２と直流−交流変換手段３を制御すればよい。

次に第１の準備完了信号３１４を入力すると曝射準備は
完了し、曝射信号が入力するまでＥ、の電圧はそのまま
維持される。曝射信号ＳＬ５が入力すると高圧スイッチ
７が点弧し、Ｘ線管９には　　　　　　　ＩＥ２＝Ｅｌ
なる管電圧Ｅ２が印加する。この時、電圧は、端子１２
に入力する設定基準電圧Ｅ１□で定めだ値に相当するよ
う電圧調整手段２が制御さへ安定化が図られる。電圧調
整手段２はトランジスタ・チョッパなどを用い、周波数
一定で時比率を可変とすれば、その出力電圧は少なくと
も入力電圧の１０％〜９０％の範囲で調整可能である。

Ｘ線装置で用いられる管電圧の範囲は一般に２０ｋＶ〜
１５０ｋＶであるから、すべての範囲で安定化を図る制
御が可能である。又、曝射の途中で管電圧を連続的に変
更したり、いくつかの管電圧を交互に曝射するような撮
影法の場合にも有効である。

次に本発明の実施例によって管電圧の過渡応答特性が改
善される理由を第３図を用いて説明する。

第３図（ａ）は、従来装置すなわち機能が一次側にある
場合のＸ線が曝射される直前の等価回路を示している。

電圧調整機能を持った直流電圧源３１と低圧側のスイッ
チ機能３２は、実際の回路においては１つの手段で２つ
の機能を兼ねている場合もある。リアクトル３３は高圧
変圧器の漏れリアクタンス成分であり、コンデンサ３４
は高圧変圧器や高圧ケーブルの浮遊容量成分である。抵
抗３５はＸ線管球の等価抵抗である。

今、低圧スイッチ３２を閉じるとコンデンサ３４には充
電電流がリアクトル３３全通して流れ、３２．３３．３
４よりなる直列の共振回路を形成する。したがって上記
回路定数が振動条件を満足していると電圧Ｅ２は振動し
、Ｘ線管３５にはオーバーシュートした管電圧が印加さ
れることになる。

第３図の）はスイッチ機能を２次側に設けた、本発明に
よる実施例のＸ線曝射直前の等価回路である。同図（ａ
）との差異は、コンデンサ３４とＸ線管との間に高圧ス
イッチ３６を設けた点であり、低圧側のスイッチ３２は
、この時点ですでに導通状態にあるため省略しである。

高圧スイッチ３６を閉じる前において、コンデンサ３４
はすてにＥｌに充電されているので３６を閉じて、Ｅ２
が設定値になるまでの間は、コンデンサ３４は電圧源と
なる。したがって３４−３６−３５の直列回路には共振
系がなく、管電圧Ｅ２にはオーバーシュートは生じない
。なお、コンデンサ３４を十分な電圧源とするためには
、第１図におけるコンデンサ２０を接続すればよい。

第４図は、第１図の実施例において高圧スイッチ７を示
す一実施例である。

２１ａ−Ｋａはゲート・ソース間に電圧を印加すること
によってオンし、ゲート・ノース間の電圧を零にするこ
とによってオフするＭＯＳＦＥＴ　。

２１’ｂ−Ｋｂはダイオード、２１ｃｍＫｃはコンデン
サ、２１ｄ−Ｋｄは抵抗で、それぞれの素子においてす
、ｃおよびｄによってスナベ回路を形成する。２１ｅ〜
工ぐｅはカソードからアノードに電流が流れたとき常に
一定の電圧Ｖｚｅとなるツェナーダイオードでそれぞれ
の素子２１ａ−Ｋａにおいて、ｃ　−＋　ａ　−＋　ｅ
　−＋　ｆ　−＋　ｃの放電によるＣの電圧低下をＶｚ
ｓに押える。２１ｆ−Ｋｆはそれぞれの素子２１ａ−Ｋ
ａＯ印加電圧のバランスをとるための分圧抵抗、２２ｇ
−Ｋｇはカソードからアノードに電流を流したとき、常
に定電圧ＶＺ。

となるツェナーダイオードで、２２ａ−Ｋａのオン時に
、ゲート・ソース間電圧をＶＺ、に保つ。

以下このスイッチの動作を説明すると第４図において、
Ｐが正、Ｎが負となる電圧を印加すると、Ｐ　→■ぐ　
ｂ　−）Ｋ　Ｃ−＋Ｋ　ｇ　→　・・・・・　２３ｂ　
　→　２３Ｃ→２３ｇ→２２ｂ→２２Ｃ→２２　ｇ−４
２１ｂ→２１Ｃ→Ｎの経路で電流が流れ、スナバ回路の
コンデ／す２１Ｃ−ＫＣを充電する。２１２％Ｋａは直
列接続され、それぞれに印加する電圧は、２１０〜ＫＣ
および２１ｆ−Ｋｆで制限されるので、直列接続する数
を瑠加すれば、２８間の印加電圧にかかわらず、１個の
素子に印加する電圧を１個の耐圧以内にすることができ
る。

この半導体スイッチング素子の直列接続体よりなる高圧
スィッチ７０オン動作は次の通りである。

まず、２１ａのゲート・ノースに順電圧を印加すると、
２１ａがオンする。すると、図に示す極性で充電してい
た２１Ｃの電荷は、第２図において破線で示すように、
２１Ｃ→２１ｄ→２１ａのゲート−２２２のソース−２
１３のドレイン−２１ａ１のソース→２１ｃの経路で放
電する。この放電電流によって２２２のゲート・ソース
間は、２２ｇのツェナー電圧Ｖｚｇに充電される。Ｖｚ
ｇは２２ａをオンするために必要な電圧に対して余裕を
もって選択するので、２２ａはオ／する。２２ａがオン
すると、２１ａと同１禾に２２ａのスナバ回路の２２Ｃ
が放電し、この放区亀随によって２３２がオンする。こ
のようにしてＮ　１ｖｆｉ！ｌに近い方のＭＯＳＦＥＴ
から順次オンして、すべてのＭＯＳ　Ｆ　Ｅ　Ｔがオン
する。

この半導体スイッチング素子の直列接続体よりなる高圧
スイッチ７のオフ動作は仄の通りである。

２１ａのゲート・ノースに充電した亀何全Ｊ電し、ゲー
ト・ノース間の電圧を零にすると２１’ａがオフする。

２１ａがオフすると、２１ａのドＶイン−ノース；ｌご
冗れていた框匠Ｃ・工第４°、ηｊ、二お・いて、一点
鎖線に示すように、２２ａのドレイン→２２ａのノース
−＋　２２　ａのゲート→２１ｂ→２１Ｃ−＋Ｎの経路
で流れるようになり、２１Ｃを充電しながら、２２ａの
ゲート・ソース間の電荷を放電する。

この結果、２２ａのゲート・ノース間の電圧は零となり
、２２ａはオフする。この後、２２ａのソースからゲー
トへ流れていた電流は２２ｇを流れる。２２ａがオフす
ると、２１ａがオフしたときと同様に２３ａのゲート・
ノース間の電圧を零とするような電流が流れて２３ａは
オフする。このようにしてＮ側に近い方の１’ｖｆＯ３
ＦＥＴから順次オフして、すべてのＭＯＳＦＥＴがオフ
する。

以上のように、第４図に示す半導体スイッチング素子の
直列接続体よりなる高圧スイッチ７は、最もＮ側に近い
ＭＯＳＦＥＴをオンオフすることによって、すべてのＭ
ＯＳＦＥＴのオンオフを制御できる。

以上に述べた第１図の実施例によれば、高圧変圧器の一
次側に設けた半導体による電圧調整機能により、高速で
調整範囲の広い管電圧制御が可能となり、又、二次側に
設けた高圧のスイッチ機能により、高速で過渡応答特性
の良い管電圧波形を得ることができる。

第５図は本発明による他の実施例を示す。

１哩流−交流変換手段５１は電圧の調整機能を持ってお
り、直流電圧を入力すると、これを交流に変換するとと
もに電圧設定信号Ｅｔに和尚する電圧実効値を出力する
。電圧設定信号発生回路５２は、誤差増幅器１０の出力
に応じてＥｌを出力する。曝射信号入力端子５３には第
１図の実施例におけるＡ　Ｎ　Ｄ回路１７の出力信号を
人力する。なお第５図において第１図と同様の構成要素
は同一の符号を符し、説明を省略する。

動作を説明すると、準備信号８１３にて、直流−交流変
換手段５１が駆動を始め、発生した交流電圧は、高圧変
圧器４で昇圧され、整流器５にて整流した後、コンデン
サ２０と８を充電する。曝射信号ＳｔＳが５３より入力
されると高圧スイッチ７が点弧し、Ｘ線管に高圧が印加
されＸ線が曝射される。この時、管電圧は分圧抵抗６に
よって検出され、これを誤差増幅器に入力して設定基準
電圧Ｅ１□に一致するように、直流−交流変換手段の出
力電圧が制御される。

ここで直流−交流変換手段５１は、周波数を一定にして
時比率を変更するか、又は、周波数と時比率を同時に変
更して出力電圧の実効値を変化させる。従来の装置では
この直流−交流変換手段にて周波数や時比率を変えると
出力管電圧のりプル波形が著しく変化するため、Ｘ線線
量と管電圧の関係に相関性が少なくなり使用不可能であ
った。

そこでコンデンサ２０を接続して、管電圧波形を平滑す
る事が考えられる。しかしこれは、従来の一次側にスイ
ッチ機能を持った回路では、Ｘ線管への電圧の投入遮断
時に、管電圧の時遅れを生じ、高速応答性が低下するた
め短時間曝射ができないことや患者への無用なＸ線曝射
があるなどの欠点があった。

しかし本発明の実施例によれば、十分に大きな容量のコ
ンデンサ２０を接続しても、スイッチ機能は２次側にあ
るため、Ｘ線出力の高速応答性はいささかも低下しない
。しかも管電圧波形は平滑されるためリプルが減少し、
管電圧とＸ線線量の相関性は良好となる。

本実施例によれば・直流交流変換手段は・電圧　　　　
　　１調整手段を兼ねるので、主回路の簡略化が図られ
、性能を低下することなく経済的なＸ線装置を提供でき
る。

第６図に本発明による他の実施例を示す。

本実施例は、商用交流電源６１を入力電源とする場合で
、開用交流電源６１と、これを直流に変換する交流−直
流変換手段６２により直流電圧源を形成する。位相角設
定信号発生回路６３は、設定基準電圧Ｅｌ　２に応じて
一定の位相角設定信号Ｅａを出力する。父流−直流変換
手段６２は、例えばサイリスタブリッジ回路を用いて、
位相角設定信号発生回路６３の出力Ｅ６に応じてサイリ
スタの位相角制御を行ない、出力電圧Ｅｓの調整を行な
う。交流−直流変換手段６２は基準信号１３にて更勤を
開始するが、その出力直流電圧Ｂｓは直流電圧源として
作用するため、後の動作は第５図の実施例と同様である
。

第６図の本実施例によれば、直流交流変換手段５１０入
力電圧が調整可能であるため、手段５１にとってつねに
最適な入力電圧の設定が可能となり、管電圧変動の安定
化機能を低下させる事なく、広範囲の電圧を高精度で制
御できる。

第７図は本発明による他の実施例を示す。

主回路の構成で第６図の実施例と同様な部分の説明は省
略する。交流−直流変換手段７１は、例えばＧＴＯ（ゲ
ート・ターンオフ・サイリスタ）の様な自己消弧機能を
持、つた素子で構成されている。誤差増幅器１０の出力
は、位相角設定信号発生回路７２に入力され、７２の出
力によって交流−直流変換手段７１を制御している。直
流−交流変換手段７３は、周波数・時比率設定回路７４
の出力信号によシ、一定の周波数・一定の時比率で駆動
される。

第６図の実施例では、交流−直流変換手段７１にサイリ
スタを用いていたため、その特性から、入力商用電源の
半周期（５０Ｈｚ電源ではＩ　Ｑｍｓ　）以下の短時間
でのフィードバック制御は不可能である。このだめ交流
−直流変換手段７１には、フィードバック制御を行なわ
ず、設定基準電圧Ｅ１２に応じた電圧ＥＩ２をそのまま
出力していた。

本実施例では、交流直流変換手段にＧＴＯなどの自己消
弧機能を有する半導体を用いているので、任意の時間で
の投入遮断が可能となり、このため、交流直流変換手段
へのフィードバックでも十分な応答速度が得られる。

本実施例によれば、直流交流変換手段７３の周波数、時
比率を一定にできるため制御回路が簡単になる。又、前
記７３の時比率はＧＴＯに許容されるター７オフタイム
を休止期間として最大の通電期間をとればよく、高効率
の装置が提供できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電圧調整機能と入出力開閉機能を高圧
変圧器の一次側と二次側で分担する事によって、広い電
圧調整範囲と高速の応答を同時に達成でき、各機能の投
入タイミングを適切に制御することによって、Ｘ線曝射
時の管電圧の過渡応答特性を改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の回路図、第２図は、第１
図の実施例のタイミングチャート図、第３図は、第１図
の実施例の動作を説明する等価回路図、第４図は、高圧
スイッチの回路図、第５図は、本発明の他の実施例の回
路図、第６図は本発明の他の実施例の回路図、第７図は
、本発明の他の実施例の回路図である。 ２・・・直流電圧調整手段、３・・・直流−交流変換手
段、４・・・高圧変圧器、６・・・管電圧検出抵抗、７
・・・高圧スイッチ、９・・・Ｘ線管、１０・・・誤差
増幅器、５２゜１１・・・電圧設定信号発生回路、１６
．１７・・・ＡＮＤ回路、１２・・・設定基準電圧入力
端子、６２．７１第　１　日 ＜ｂ） 第　４９ 第　５　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電源と、該直流電源を交流に変換する直流−交
   流変換手段と、該直流−交流変換手段の出力電圧を昇圧
   する高圧変圧器と、該高圧変圧器の出力電圧を整流する
   整流器と、該整流器の出力をＸ線管に印加するＸ線装置
   において、該Ｘ線管のアノード側と、カソード側に、そ
   れぞれ前記Ｘ線管と直列に接続し、前記Ｘ線管に印加す
   る管電圧の投入と遮断を行なう高圧スイッチ手段と、前
   記高圧変圧器二次側の電圧を検出し、管電圧を設定する
   信号と比較し、前記高圧変圧器一次側の入力電圧実効値
   を制御する機能を有するフィードバック制御手段と、Ｘ
   線を曝射する前に発生するＸ線曝射準備信号と、該Ｘ線
   曝射準備信号により前記直流電源の電圧を前記直流−交
   流変換手段に印加すると同時に該直流−交流変換手段を
   駆動し、所定の時間の後、Ｘ線曝射信号により前記高圧
   スイッチを点弧することを特徴とするＸ線装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のＸ線装置において、高
   圧スイッチは、半導体より構成されることを特徴とする
   Ｘ線装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のＸ線装置において、該
   直流電源と該直流−交流変換手段の少なくともいずれか
   一方に電圧調整機能を有することを特徴とするＸ線装置
   。 ４、特許請求の範囲第１項記載のＸ線装置において、該
   直流電源は商用交流電源を電圧調整可能な整流手段によ
   り得ることを特徴とするＸ線装置。