JP2004296242A - Ｘ線高電圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントの断線などにより、フィラメントへ電流が供給されなくなってＸ線管の動作状態が異常となった場合にも、そのまま使用し続けることができるＸ線高電圧装置を提供する。
【解決手段】小焦点フィラメント加熱回路２０により、Ｘ線管７の小焦点フィラメント１２へ電流を供給し、Ｘ線管７を動作させてＸ線を発生させる。このとき、フィラメントトランス３２に流れるフィラメント電流をフィラメント電流測定回路２６により測定し、その測定値が既定値以下となった場合は、フィラメント断線検出回路３１において、小焦点フィラメント１２の断線を検出する。このとき、切替器３０および５０と、フィラメント電流設定回路２９および４９を制御して、使用するフィラメントを小焦点フィラメント１２から大焦点フィラメント１３に切り換える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管に高電圧とフィラメント加熱用の電流を供給してＸ線を発生させるＸ線高電圧装置に関し、特にＸ線管が有する複数のフィラメントを切り換えて用いるＸ線高電圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を発生するＸ線管のフィラメントは、使用していくうちにフィラメントを構成している金属が蒸発していくことによって徐々に細径化していき、最後にはフィラメントが断線してそのＸ線管は使用不可能となる。このようなフィラメントの断線を予測し、ユーザに告知するＸ線高電圧装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−６４３８８号公報
【０００４】
特許文献１に記載のＸ線高電圧装置では、使用中にフィラメントの断線予測が告知されたとしても、すぐにはＸ線管を交換できない場合がある。また、Ｘ線管の交換回数をなるべく減らしたい場合などに、フィラメントの断線予測が告知された後もしばらく使用を続けることがある。このような場合、特許文献１に記載のＸ線高電圧装置では、使用中にフィラメントの断線が起きることがあり、そのときには装置の使用を一旦中断してＸ線管を交換しなければならない。
【０００５】
本発明は、Ｘ線管のフィラメントの断線などにより、フィラメントへ電流が供給されなくなってＸ線管の動作状態が異常となった場合にも、そのまま使用し続けることができるＸ線高電圧装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数のフィラメントを有するＸ線管へ電圧と電流を供給し、Ｘ線管を動作させてＸ線を発生させるＸ線高電圧装置において、複数のフィラメントのいずれか少なくとも１つを選択して電流を供給し、Ｘ線管を動作させる電流供給手段と、Ｘ線管の動作状態の異常を検知する異常検知手段とを備え、電流供給手段は、異常検知手段により異常が検知された場合、それまで選択していたフィラメントとは異なるフィラメントを選択して電流を供給するものである。
請求項２の発明は、請求項１のＸ線高電圧装置において、異常検知手段は、電流供給手段により供給される電流値に基づいて電流供給手段が選択しているフィラメントの断線を検出することにより、Ｘ線管の動作状態の異常を検知するものである。
請求項３の発明は、請求項２のＸ線高電圧装置において、Ｘ線管は、主に透視像の表示用として用いられる小焦点フィラメントと、主に透視像の撮影用として用いられる大焦点フィラメントとを有し、異常検知手段は、小焦点フィラメントの断線を検出するものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかのＸ線高電圧装置において、フィラメントの断線を予測してユーザに告知する断線予測手段をさらに備えるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明によるＸ線高電圧装置の一実施例を図１に示す。このＸ線高電圧装置は、Ｘ線管の複数のフィラメントを切り換えて用いることにより、Ｘ線を放出する焦点の大きさを変更する。さらに、使用中のフィラメントの断線を検出し、断線が検出された場合は、別のフィラメントに自動的に切り換える。図１のＸ線高電圧装置は、交流電源１からの交流出力を整流・平滑回路２により整流および平滑化して直流出力に変換し、インバータ回路３へ出力する。インバータ回路３により、この直流出力をスイッチング処理によって交流出力に変換し、共振コンデンサ４を経て高圧変圧器５の１次側へ出力する。高圧変圧器５により、この交流出力を１次側から２次側へ出力し、高圧整流器６により整流して、直流出力に変換する。この直流出力が不図示の高圧ケーブルを介してＸ線管７へ印加されることにより、Ｘ線管７において陰極の加熱されたフィラメントから放出された熱電子が加速され、これが陽極のターゲットに衝突して、Ｘ線管７はＸ線を発生する。
【０００８】
Ｘ線管７は、小焦点フィラメント１２と大焦点フィラメント１３の２種類のフィラメントを有しており、それらを切り換えることで、Ｘ線を放出する焦点の大きさを変化することができる。小焦点フィラメント１２を用いると焦点は小さくなり、より鮮明な透視像を得ることができる。大焦点フィラメント１３を用いると焦点は大きくなり、より大出力で鮮明な透視像を得ることができる。そのため、小焦点フィラメント１２は、主に透視用として、透視像を画像表示するときに用いられる。このとき、イメージインテンシファイアを用いることにより、透視像が画像表示される。また、大焦点フィラメント１３は、主に撮影用として、透視像を写真撮影するときに用いられる。
【０００９】
小焦点フィラメント１２は、フィラメントトランス３２を介して、小焦点フィラメント加熱回路２０に接続される。また、大焦点フィラメント１３は、フィラメントトランス５２を介して、大焦点フィラメント加熱回路４０に接続される。この小焦点フィラメント加熱回路２０または大焦点フィラメント加熱回路４０により、小焦点フィラメント１２と大焦点フィラメント１３に流れるフィラメント電流がそれぞれ制御されて、そのフィラメント電流によってこれらのフィラメントが加熱される。また、フィラメント電流を制御することにより、Ｘ線管７に流れる管電流が制御され、Ｘ線管７が発生するＸ線の強度が制御される。
【００１０】
Ｘ線管７に流れる管電流の値は、高圧整流器６に接続された管電流検出回路８により検出される。検出された管電流値は、管電流設定回路１５より出力される目標管電流値とともに誤差アンプ１４に入力される。誤差アンプ１４は、入力されたそれらの値の差分を求め、これを小焦点フィラメント加熱回路２０および大焦点フィラメント加熱回路４０へ出力する。
【００１１】
小焦点フィラメント加熱回路２０は、交流電源２１による交流出力を整流・平滑回路２２により整流および平滑化して直流出力に変換し、インバータ回路２３へ出力する。インバータ回路２３により、この直流出力をスイッチング処理によって交流出力に変換し、共振コンデンサ２４を経てフィラメントトランス３２の１次側へ出力する。フィラメントトランス３２により、この交流出力を１次側から２次側へ出力する。この交流出力が小焦点フィラメント１２へ印加されることにより、小焦点フィラメント１２が加熱される。
【００１２】
また、小焦点フィラメント加熱回路２０は、誤差アンプ１４から出力された管電流値と目標管電流値の差分に基づいて小焦点フィラメント１２を流れるフィラメント電流を制御することにより、Ｘ線管７の管電流値が目標管電流値となるよう制御する。誤差アンプ１４から出力された管電流値と目標管電流値の差分は、切替器３０を介して加算器２８に入力される。加算器２８では、その管電流値と目標管電流値の差分に、フィラメント電流設定回路２９より出力される目標フィラメント電流値を加算し、これをフィラメント加熱電流設定値として、誤差アンプ２７へ出力する。なお、Ｘ線管７において小焦点フィラメント１２が用いられているときは、誤差アンプ１４からの出力が加算器２８に入力されるように、切替器３０のスイッチは閉じられている。逆に、大焦点フィラメント１３が用いられているときは、切替器３０のスイッチは開放されている。このとき、フィラメント電流設定回路２９は、目標フィラメント電流値をゼロとして出力する。
【００１３】
フィラメント電流測定回路２６では、フィラメントトランス３２を流れる電流を測定し、これをフィラメント加熱電流測定値として、誤差アンプ２７、フィラメント断線検出回路３１およびフィラメント断線予測回路３３へ出力する。誤差アンプ２７では、加算器２８より出力されたフィラメント加熱電流設定値と、フィラメント電流測定回路２６により測定されたフィラメント加熱電流測定値との差分を求め、ＰＷＭ制御回路２５へ出力する。ＰＷＭ制御回路２５では、この差分に基づいてインバータ回路２３が出力する交流出力を制御し、フィラメント加熱電流設定値とフィラメント加熱電流測定値が一致するようにする。このようにして、小焦点フィラメント１２のフィラメント電流を制御し、Ｘ線管７の管電流が目標管電流値となるようにする。
【００１４】
フィラメント断線検出回路３１は、フィラメント電流測定回路２６より出力されたフィラメント加熱電流測定値に基づいて、小焦点フィラメント１２の断線を検出する。このフィラメント断線検出回路３１は、フィラメント加熱電流測定値が規定の値、たとえば０．９Ａ以下の場合には、小焦点フィラメント１２が断線しているとする。このようにして小焦点フィラメント１２の断線を検出すると、フィラメント断線検出回路３１は、切替器３０のスイッチを開放し、フィラメント電流設定回路２９より出力する目標フィラメント電流値をゼロとする。さらに、大焦点フィラメント加熱回路４０の切替器５０を閉じ、フィラメント電流設定回路４９より出力する目標フィラメント電流値をゼロでない所定の値とする。このようにして、Ｘ線管７において用いるフィラメントを、断線した小焦点フィラメント１２から大焦点フィラメント１３に切り換える。なお、小焦点フィラメント１２の断線を検出した場合、フィラメント断線検出回路３１は、断線を知らせる表示を行うなどにより、操作者に断線したことやフィラメントを切り換えたことを知らせるようにするのが好ましい。
【００１５】
大焦点フィラメント加熱回路４０も、以上説明した小焦点フィラメント加熱回路２０と同様の動作を行うことにより、大焦点フィラメント１３を加熱するとともにそのフィラメント電流を制御して、Ｘ線管７の管電流が目標管電流値となるようにする。さらに、大焦点フィラメント１３の断線が検出されたときは、Ｘ線管７において用いるフィラメントを小焦点フィラメント１２に切り換える。
【００１６】
小焦点フィラメント加熱回路２０のフィラメント断線予測回路３３は、小焦点フィラメント１２の断線を予測する。これは小焦点フィラメント１２の特性に基づいて、次のようにして行われる。
【００１７】
小焦点フィラメント１２のフィラメント特性、すなわちフィラメント電流Ｉｆと管電圧ｋＶの関係は、たとえば図２に示すようになっている。周知のように、Ｘ線を発生するＸ線管のフィラメントは、使用していくうちにフィラメントを構成している金属が蒸発することにより徐々に細径化していき、最後には断線して使用できなくなる。フィラメントが細径化するに従って、ある管電圧ｋＶに対するフィラメント電流Ｉｆは低下していくため、フィラメント特性は変化する。図２における実線１００は使用初期におけるフィラメント特性の例を示し、破線１０１は、使用末期、すなわち断線する直前におけるフィラメント特性の例を示している。
【００１８】
フィラメント断線予測回路３３は、このようなフィラメント特性の使用状態による変化に基づいて、小焦点フィラメント１２の断線を予測する。フィラメント特性はＸ線管の個体ごとに異なるため、Ｘ線管７を初めて使用するときには、まずフィラメント特性の測定を行う。
【００１９】
Ｘ線管は通常、放電を防ぎその寿命を延ばすためにエージングと呼ばれる作業が定期的に、たとえば、毎日使用する前において、行われる。このエージングでは、Ｘ線管に印加する管電圧ｋＶを変化しながら通電していき、最後に使用される最高電圧（最高使用管電圧）において、所定の時間、たとえば５分間の通電を行う。フィラメント断線予測回路３３は、Ｘ線管７にこのエージングを初めて行うときに、小焦点フィラメント１２のフィラメント特性を測定する。このとき、管電流を適当な値、たとえば１ｍＡ程度とし、管電圧ｋＶを、たとえば５５ｋＶから１２５ｋＶまで１０ｋＶ刻みで変化させ、それぞれの管電圧ｋＶに対して、フィラメント電流測定回路２６より出力されるフィラメント電流Ｉｆを測定する。この測定結果より、図２の実線１００に示す使用初期のフィラメント特性（以後、初期特性という）が求められる。
【００２０】
このようにして初期特性１００を求めたら、この初期特性１００に寿命限界係数Ｌを乗じることにより、破線１０１に示す使用末期のフィラメント特性（以後、限界特性という）を求める。なお、寿命限界係数Ｌは、様々なＸ線管における実験結果などに基づいて決定される。求められた限界特性１０１は、フィラメント断線予測回路３３のメモリ３４に記憶される。
【００２１】
フィラメント断線予測回路３３は、このように求められた限界特性１０１と、フィラメント電流測定回路２６より出力されるフィラメント電流Ｉｆとを、比較器３５により比較する。この比較は、定期的に行われるエージングにおいて行われる。この比較結果に基づいて、小焦点フィラメント１２の断線を予測する。たとえば、測定されたフィラメント電流Ｉｆが所定範囲以上の管電圧ｋＶにおいて限界特性１０１を下回っていた場合、小焦点フィラメント１２の断線が近いことを表示するなどして、ユーザへの予告を行う。このときの管電圧ｋＶの所定範囲は、様々なＸ線管における実験結果に基づく経験則などにより決定される。このようにして、小焦点フィラメント１２の断線を予測する。あるいは、Ｘ線高電圧装置を使用しているときのフィラメント電流Ｉｆと管電圧ｋＶにより、小焦点フィラメント１２の断線を予測することもできる。この場合、使用中に測定されたフィラメント電流Ｉｆと管電圧ｋＶの関係が限界特性１０１を下回っていたときに、小焦点フィラメント１２の断線をユーザへ予告する。
【００２２】
以上説明したＸ線高電圧装置によれば、次の作用効果を奏する。
（１）フィラメント断線検出回路３１およびフィラメント断線検出回路５１により、Ｘ線管７の動作状態の異常を検知し、異常が検知された場合、電流を供給するフィラメントを、小焦点フィラメント１２または大焦点フィラメント１３のいずれか一方から、もう一方へ切り換える。このようにしたので、フィラメントの断線などによりフィラメントへ電流が供給されなくなってＸ線管の動作状態が異常となった場合にも、Ｘ線管高電圧装置をそのまま使用し続けることができる。
（２）小焦点フィラメント加熱回路２０または大焦点フィラメント加熱回路４０により、小焦点フィラメント１２または大焦点フィラメント１３へ供給されるフィラメント電流値に基づいて、小焦点フィラメント１２または大焦点フィラメント１３の断線を検出し、これにより、Ｘ線管７の動作状態の異常を検知する。このようにしたので、いずれかのフィラメントが断線した場合にも、Ｘ線管高電圧装置をそのまま使用し続けることができる。
（３）小焦点フィラメント１２の断線が検出された場合には、大焦点フィラメント１３に切り換えることとしたので、小焦点フィラメント１２を用いて透視検査を行っている場合に断線が起きても、代わりに大焦点フィラメント１３を用いて透視検査を継続することができる。
（４）フィラメントの断線を予測してユーザに告知することとしたので、フィラメントの断線が起きる前にユーザはＸ線管を交換することができる。
【００２３】
なお、以上の実施の形態では、小焦点フィラメント１２と大焦点フィラメント１３の２種類のフィラメントを有するＸ線管７において、断線の検出を両方のフィラメントについて行い、断線の予測を小焦点フィラメント１２のみについて行う例を説明したが、複数のフィラメントを有するＸ線管であれば、この内容に限定する必要はない。たとえば、小、中および大焦点の３種類のフィラメントを有するＸ線管について、小および中焦点フィラメントについて断線の検出および予測を行い、いずれか一方の断線が検出された場合には、もう一方へ切り換えることとしてもよい。
【００２４】
また、以上の実施の形態では、小焦点フィラメント１２の断線を検出することにより、小焦点フィラメント１２へ電流が供給されずにＸ線管７の動作状態が異常となることを検知する例を説明したが、複数のフィラメントを有するＸ線管における動作状態の異常を検知するのであれば、この内容に限定する必要はない。たとえば、図１の小焦点加熱回路２０において、インバータ回路２３やＰＷＭ制御回路２５、フィラメントトランス３２などの回路の故障をそれぞれ専用または共通の故障検出回路によって検出することにより、小焦点フィラメント１２へ電流が供給されずにＸ線管７の動作状態が異常となることを検知してもよい。このとき、いずれかの回路の故障が検出されると、Ｘ線管７において使用するフィラメントを、小焦点フィラメント１２から大焦点フィラメント１３へ切り換える。
【００２５】
以上の実施の形態では、Ｘ線管をＸ線管７、フィラメントを小焦点フィラメント１２と大焦点フィラメント１３によりそれぞれ実現し、電流供給手段を小焦点フィラメント加熱回路２０および大焦点フィラメント加熱回路４０、異常検知手段をフィラメント断線検出回路３１およびフィラメント断線検出回路５１、断線予測手段をフィラメント断線予測回路３３によりそれぞれ実現している。しかし、これらはあくまで一例であり、本発明の特徴が損なわれない限り、各構成要素は上記実施の形態に限定されない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、以上説明したように構成しているので、フィラメントの断線などによりフィラメントへ電流が供給されなくなってＸ線管の動作状態が異常となった場合にも、Ｘ線管高電圧装置をそのまま使用し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線高電圧装置の一実施形態を示す図
【図２】フィラメント特性の例を示す図
【符号の説明】
１：交流電源 ２：整流・平滑回路
３：インバータ回路 ４：共振コンデンサ
５：高圧変圧器 ６：高圧整流器
７：Ｘ線管 ８：管電流検出回路
１２：小焦点フィラメント １３：大焦点フィラメント
１４：誤差アンプ １５：管電流設定回路
２０：小焦点フィラメント加熱回路 ３１：フィラメント断線検出回路
３２：フィラメントトランス ３３：フィラメント断線予測回路
４０：大焦点フィラメント加熱回路 ５１：フィラメント断線検出回路
５２：フィラメントトランス

Claims (4)

1. 複数のフィラメントを有するＸ線管へ電圧と電流を供給し、前記Ｘ線管を動作させてＸ線を発生させるＸ線高電圧装置において、
   前記複数のフィラメントのいずれか少なくとも１つを選択して電流を供給し、前記Ｘ線管を動作させる電流供給手段と、
   前記Ｘ線管の動作状態の異常を検知する異常検知手段とを備え、
   前記電流供給手段は、前記異常検知手段により異常が検知された場合、それまで選択していたフィラメントとは異なるフィラメントを選択して電流を供給することを特徴とするＸ線高電圧装置。
2. 請求項１のＸ線高電圧装置において、
   前記異常検知手段は、前記電流供給手段により供給される電流値に基づいて前記電流供給手段が選択しているフィラメントの断線を検出することにより、前記Ｘ線管の動作状態の異常を検知することを特徴とするＸ線高電圧装置。
3. 請求項２のＸ線高電圧装置において、
   前記Ｘ線管は、主に透視像の表示用として用いられる小焦点フィラメントと、主に透視像の撮影用として用いられる大焦点フィラメントとを有し、
   前記異常検知手段は、前記小焦点フィラメントの断線を検出することを特徴とするＸ線高電圧装置。
4. 請求項１〜３のいずれかのＸ線高電圧装置において、
   前記フィラメントの断線を予測してユーザに告知する断線予測手段をさらに備えることを特徴とするＸ線高電圧装置。

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