特許 7501860 電子銃ドライバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】電子銃ドライバ

(51)【国際特許分類】

   H05G 2/00 20060101AFI20240611BHJP

   H05G 1/56 20060101ALI20240611BHJP

   H05G 1/34 20060101ALI20240611BHJP

   H05H 7/08 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

H05G2/00 L

H05G1/56 K

H05G1/34 H

H05G1/34 C

H05H7/08

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022500974

(86)(22)【出願日】2020-07-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-14

(86)【国際出願番号】 US2020041470

(87)【国際公開番号】W WO2021007463

(87)【国際公開日】2021-01-14

【審査請求日】2023-01-10

(31)【優先権主張番号】62/871,995

(32)【優先日】2019-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517023736

【氏名又は名称】ヴァレックス イメージング コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ターナー、ジョン

【審査官】下村 一石

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２７０９４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１０－１８９２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１２３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｇ １／００－ ２／００

Ａ６１Ｍ ３６／１０－３６／１４

Ａ６１Ｎ ５／００－ ５／１０

Ｈ０５Ｈ ３／００－１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハーフブリッジドライバ回路であって、
電子銃のグリッド接続に関するグリッドドライブ電圧を生成するように構成されたドライブ回路、
前記電子銃の前記グリッド接続に関するグリッドカットオフ電圧を生成するように構成されたカットオフ回路、及び、
前記グリッドドライブ電圧と前記グリッドカットオフ電圧との間で切り替えるように構成されたゲートドライバ、
を備えたハーフブリッジドライバ回路と、
前記ドライブ回路及び前記カットオフ回路へのパルス入力、ならびに、前記ゲートドライバに関するグリッド切替え信号を生成するように構成されたドライブコントローラと、を備え、
前記ドライブ回路が、
前記ハーフブリッジドライバ回路に関する前記グリッドドライブ電圧を提供するように構成されたドライブ高電圧電力増幅器と、
前記ドライブ高電圧電力増幅器へのプログラミング電圧を生成するように構成されたドライブ高速デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）と、
前記グリッドドライブ電圧を前記グリッド接続に印加するように構成されたドライブパワースイッチと、
を含む、電子銃ドライバ。

【請求項2】

前記カットオフ回路が、
前記ハーフブリッジドライバ回路に関する前記グリッドカットオフ電圧を提供するように構成されたカットオフ高電圧電力増幅器と、
前記カットオフ高電圧電力増幅器へのプログラミング電圧を生成するように構成されたカットオフ高速ＤＡＣと、
前記グリッドカットオフ電圧を前記グリッド接続に印加するように構成されたカットオフパワースイッチと、
をさらに備え、
前記ゲートドライバが、グリッド制御信号を前記ドライブパワースイッチ及び前記カットオフパワースイッチに印加するように構成されている、請求項１に記載の電子銃ドライバ。

【請求項3】

前記電子銃のヒータ接続のためのヒータ電圧を生成するように構成されたヒータ回路であって、前記ヒータ回路が、
前記ヒータ電圧を前記電子銃の前記ヒータ接続に提供するように構成されたヒータ電力増幅器と、
前記ヒータ電力増幅器へのプログラミング信号を生成するように構成されたヒータ高速ＤＡＣと、
を備える、前記ヒータ回路をさらに備え、
前記ドライブコントローラが、前記ヒータ回路へのヒータ入力を生成するように構成されている、請求項１または請求項２に記載の電子銃ドライバ。

【請求項4】

ユーザ入力をドライバコントローラ入力に変換するように構成された制御回路であって、前記制御回路が、
線形加速器制御システム入力を受領するように構成されたユーザインターフェースと、
前記ドライブコントローラに関するドライブ制御信号を生成するように構成された低電圧側コントローラと、
コンデンサ充電電源（ＣＣＰＳ）に関するＣＣＰＳ制御信号を生成するように構成されたＣＣＰＳコントローラと、
を備えている、前記制御回路をさらに備えている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【請求項5】

前記ドライブ制御信号が、光ファイバの通信リンク及び光ファイバのトリガリンクを含んでいる、請求項４に記載の電子銃ドライバ。

【請求項6】

前記制御回路と前記ハーフブリッジドライバ回路との間の電圧の絶縁を提供するように構成された絶縁電源をさらに備えた、請求項４または請求項５に記載の電子銃ドライバ。

【請求項7】

前記ドライブコントローラが、前記グリッドドライブ電圧及び前記グリッドカットオフ電圧によって生成される各パルスの振幅、幅、及び遅延を調整するように構成されており、各パルスが、前のパルスとは異なるように構成され得る、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【請求項8】

前記グリッドドライブ電圧及び前記グリッドカットオフ電圧によって生成される各パルスの振幅、幅、または遅延の少なくとも１つが、パルス間で変化されるように構成されている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【請求項9】

前記グリッドドライブ電圧及び前記グリッドカットオフ電圧によって生成される各パルスの振幅、幅、または遅延の少なくとも１つが、少なくとも５００パルス毎秒の速度で変化されるように構成されている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【請求項10】

ハーフブリッジドライバ回路であって、
電子銃のグリッド接続に関するグリッドドライブ電圧を生成するように構成されたドライブ回路、
前記電子銃の前記グリッド接続に関するグリッドカットオフ電圧を生成するように構成されたカットオフ回路、及び、
前記グリッドドライブ電圧と前記グリッドカットオフ電圧との間で切り替えるように構成されたゲートドライバ、
を備えたハーフブリッジドライバ回路と、
前記ドライブ回路及び前記カットオフ回路へのパルス入力、ならびに、前記ゲートドライバに関するグリッド切替え信号を生成するように構成されたドライブコントローラと、
ユーザ入力をドライバコントローラ入力に変換するように構成された制御回路であって、
線形加速器制御システム入力を受領するように構成されたユーザインターフェースと、
前記ドライブコントローラに関するドライブ制御信号を生成するように構成された低電圧側コントローラと、
コンデンサ充電電源（ＣＣＰＳ）に関するＣＣＰＳ制御信号を生成するように構成されたＣＣＰＳコントローラと、
を備えている、前記制御回路と、
を備える電子銃ドライバ。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電子銃ドライバと、
高電圧コンデンサと、
前記高電圧コンデンサを充電するように構成されたコンデンサ充電電源（ＣＣＰＳ）と、
前記電子銃ドライバの高電圧側のための電力を生成するように構成された、１つまたは複数の高電圧側電源と、
電子銃であって、
グラウンドに結合されたアノード、
前記ＣＣＰＳの出力に結合されたカソード、
前記グリッド接続に結合されたグリッド、及び、
ヒータ
を備えている、前記電子銃と、を備えている、システム。

【請求項12】

電子銃ドライバの制御方法であって、
電子銃のグリッド接続に関する、ドライブ高電圧電力増幅器のグリッドドライブ電圧を設定することであり、ドライブ高速デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いてプログラミング電圧を生成することと、前記グリッドドライブ電圧を生成するように構成された前記ドライブ高電圧電力増幅器を用いて前記プログラミング電圧を増幅することとをさらに含む、前記グリッドドライブ電圧を設定することと、
前記電子銃の前記グリッド接続に関するカットオフ高電圧電力増幅器のグリッドカットオフ電圧を設定することと、
前記グリッド接続のパルスを生成するように、前記グリッドドライブ電圧と前記グリッドカットオフ電圧との間で切り替えることと、を含む、制御方法。

【請求項13】

前記グリッドドライブ電圧または前記グリッドカットオフ電圧によって生成された各パルスの振幅、幅、または遅延を調整することであって、少なくとも３つの異なる振幅、少なくとも３つの異なる幅、及び少なくとも３つの異なる遅延を使用することができる、前記調整することをさらに含む、請求項１２に記載の制御方法。

【請求項14】

前記パルスの振幅、幅、または遅延の少なくとも１つを、少なくとも５００パルス毎秒の速度で変化させることであって、前記振幅、前記幅、及び前記遅延の各々が、少なくとも３つの異なる値の間で変化され得る、前記変化させることをさらに含む、請求項１２または請求項１３に記載の制御方法。

【請求項15】

プロセッサに、請求項１２から請求項１４のいずれか一項に記載の制御方法を実行させるための、コンピュータプログラム。

【請求項16】

電子銃のグリッド接続に関するグリッドドライブ電圧及びグリッドカットオフ電圧を生成するためのグリッド電圧生成手段と、
前記グリッドドライブ電圧と前記グリッドカットオフ電圧との間で切り替えることにより、前記グリッド接続でパルスを生成するための切替え手段と、
前記グリッド電圧生成手段及び前記切替え手段への入力を生成するための電圧制御手段と、を備え、
前記グリッド電圧生成手段は、
前記グリッド電圧生成手段への前記入力を、前記電圧制御手段のデジタル出力からアナログ入力に変換するための変換手段と、
前記アナログ入力に応答して前記グリッドドライブ電圧を生成する増幅手段と、
を備える、電子銃ドライバ。

【請求項17】

前記電子銃のヒータ接続に関するヒータ電圧を生成するためのヒータ電圧手段をさらに備え、
前記電圧制御手段が、前記ヒータ電圧手段への入力を生成する、請求項１６に記載の電子銃ドライバ。

【請求項18】

ユーザ入力を前記電圧制御手段のための入力に変換するためのコマンド制御手段をさらに備えている、請求項１６または請求項１７のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【請求項19】

前記電子銃ドライバが、前記電圧制御手段、前記グリッド電圧生成手段、及び前記切替え手段により生成された各パルスの振幅、幅、及び遅延を調整するように構成されており、各パルスが、前のパルスとは異なるように構成され得、前記振幅、前記幅、及び前記遅延の各々が、少なくとも３つの異なる値の間で変化され得る、請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【請求項20】

前記電子銃ドライバが、各パルスの振幅、幅、及び遅延の少なくとも１つを、パルス間で、少なくとも５００パルス毎秒の速度で変化させるように構成されている、請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載の電子銃ドライバ。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本明細書に別様に示されていない限り、本セクションで記載されるアプローチは、本開示における特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、また、本セクションに含まれることによっては、従来技術であるとは認められない。

【0002】

線形加速器（すなわち、リニアック）が、複雑な医療用、セキュリティ検査、通信、及びレーダーシステムなどのシステムで使用される。線形加速器は、ｘ線を生成するか、無線周波（ＲＦ）またはマイクロウェーブ電磁信号を増幅するシステムの一部として使用される場合がある。いくつかの線形加速器は、粒子源（たとえば、電子銃）に供給される電力及びＲＦ源（たとえば、磁電管）への電力をパルス状にすることにより、加速された粒子のパルスを生成する。いくつかの線形加速器は、粒子源に供給される電力及びＲＦ源に供給される電力に関する決まった電圧レベル及びタイミングを有し、パルスに関するエネルギ及び線量率（たとえば、タイミング及び振幅）を固定する。他の線形加速器は、工場で規定された２つ以上のモード間で切り替わる場合がある。ここで、各モードは、粒子源に供給される関連する電力、及び、ＲＦ源に供給される電力を有する。供給される電力のタイミングは、各モードに関して同じである。さらに、このモードは、予め規定されたパターンに基づいて切り替えられ、２つのモード間で交互になっている。電子銃（たとえば、二極管銃または三極管銃）とも称される、電子粒子源に提供される電力及びパルスは、電子銃調整器とも称される、電子銃ドライバによって慣習的に提供される。

【図面の簡単な説明】

【0003】

【図1】いくつかの実施形態に係る、三極管銃ドライバの概略図またはブロック図である。

【図2】いくつかの実施形態に係る、高電圧側の電源の概略図またはブロック図である。

【図3】いくつかの実施形態に係る、三極管銃ドライバの交流ドライバモジュールの概略図またはブロック図である。

【図4】いくつかの実施形態に係る、三極管銃ドライバの交流ドライバモジュールの概略図またはブロック図である。

【図5】いくつかの実施形態に係る、三極管銃ドライバを制御する方法の実施例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0004】

本発明のあらゆる実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、その用途において、以下の記載に説明されるか、以下の図面に示される、構成の詳細、及び、構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態、及び、様々な方法で実行されるか実施されることが可能である。フローチャート及びプロセスに提供される数は、ステップ及び操作を示す中で明確化のために提供されており、特定の順番またはシーケンスを必ずしも示すものではない。別様に規定されていない限り、「または」との用語は、代替物（たとえば、宣言的機能語、または排他的なまたは）、または代替物の組合せ（たとえば、接続的な機能語、及び／または、論理的なまたは、またはブール代数的なＯＲ）の選択に言及し得る。ＤＣは直流を指し、一方、ＡＣは交流を指す。

【0005】

本開示は、電子銃グリッドに関するパルスの振幅、幅、及び遅延を、１つのパルスから次のパルスへ、高い切替え速度で変化させることができる、三極管電子銃ドライバに関する。開示の実施形態は概して、１つのパルスから次のパルスへ、異なるパルスの振幅、幅、及び遅延で、三極管銃のグリッドを駆動するための、機構、方法、及びシステムに関する。開示の実施形態は概して、電子銃のためのグリッドドライバ回路構成にも関する。

【0006】

線形加速器は通常、電子源など、粒子ビームを生成するように構成された粒子源を使用する。粒子ビームは、加速器構造を通るように向けられる。加速器構造は、粒子ビーム内の粒子を加速させるために入力ＲＦ信号を使用する共振構造である。加速された粒子ビームは、加速器構造に向けられた粒子のパルスを生成するために、粒子源のパルスを出すことによって生成される。ＲＦ信号は、加速された粒子ビームを生成するために、粒子を加速させる。以下により詳細に記載するように、電子粒子源は、銃ドライバによって制御される場合がある。さらに、銃ドライバは、以下にさらに詳細に記載するように、可変の振幅、幅、及び遅延を有するパルスを提供するように構成されている場合がある。

【0007】

慣習的には、線形加速器の粒子源は、熱カソードまたは熱電子カソードを使用する。熱電子カソードは、熱電子放出に起因して電子を放出するように加熱される加熱要素またはフィラメントを有するカソード電極である。加熱要素は、通常、中を通る電流によって加熱される電気フィラメントである。直接的に加熱されるカソードと、間接的に加熱されるカソードとの、２つのタイプの熱カソードを真空デバイスで使用することができる。直接的に加熱されるカソードでは、フィラメントがカソードであり、電子を直接放出する。間接的に加熱されるカソードでは、フィラメントはカソードではないが、むしろ、フィラメントを囲むシート金属シリンダなど、分かれたカソードを加熱させ、フィラメントまたはシリンダが、電子を放出する。慣習的には、線形加速器は、間接的に加熱されるカソードを使用する。

【0008】

カーゴスクリーニングなど、物質の識別の用途において線形加速器を有用にするために、ｘ線パルスは、パルス毎のそのパルスエネルギ及び線量を、１つのパルスから次のパルスへ、正確に制御する必要がある。リニアック内のパルス毎の線量及びエネルギを制御するために、無線周波（ＲＦ）源（たとえば、磁電管）及び電子銃（たとえば、二極管銃または三極管銃）に対するパルスの振幅、幅、及び遅延は、パルス毎に調整する必要がある。

【0009】

二極管電子銃と三極管電子銃（またはグリッド付き電子銃）との、２つのクラスの電子銃を線形加速器で使用することができる。二極管電子銃または二極管銃は、ある負の電圧（通常は、数十キロボルト（ｋＶ）の大きさ）に設定されるカソード及び集束電極と、グラウンドまたはその近くに保持されるアノードとの、２つの別々の電位を有している。いくつかの実施形態では、カソード接続は、カソードリードとヒータリード（またはフィラメントリード）との２つのリードを有することができる。ときには、二極管銃の２つの別々の電位は、カソード電位とヒータ電位とを指す。三極管電子銃または三極管銃では、制御グリッド（またはグリッド）が、カソードの表面の直上に追加される。グリッドは、第３の電位、通常は、カソード電位の約１００ボルト（Ｖ）内に保持されている。二極管電子銃は、シンプルな、低エネルギのリニアック及びｘ線源で使用するために適切であり得るが、ほとんどの高エネルギのリニアックは、三極管電子銃を利用する。この理由は、三極管銃が、グリッドの使用を通して、パルスのエネルギ及びタイミングに対して二極管銃よりもさらなる制御及び柔軟性を可能にするためである。グリッドは、アノードに達する電子の電流を制御する「ゲート」として作用する、真空エンクロージャ内のカソードとアノードとの間の電極である。グリッド上のさらなる負の電圧が、カソードに向けて電子を押し戻し、それにより、より少ない量がアノードへと通過する。グリッド上のより小さい負、または正の電圧は、より多くの電子を通すことになり、アノード電流を増大させる（ビーム電流とも称される）。

【0010】

以下により詳細に記載するように、銃ドライバは、カソード、ヒータ、及びグリッドを制御するように構成されている場合がある。本明細書で使用される場合、ヒータは、加熱されるか高温である場合に電子放射を形成する、フィラメントまたはカソードフィラメントとも称される場合がある。慣習的には、銃ドライバは、集束電極を制御せず、集束電極の制御は、他の構成要素または電源によって提供される。

【0011】

基準（たとえば、アノード）に対する３つの電位（たとえば、カソード、ヒータ、及びグリッド）が三極管銃で使用されることから、三極管銃を設計及び操作する場合、少なくとも４つの入力または制御を考慮することができる。第１に、アノードは、グラウンド接続として作用する、シャーシグラウンド、または、銃が取り付けられる加速器の本体を基準とする。第２に、カソードは、アノードに比べ、高い負の電圧に上昇される必要がある。一実施例では、最大カソード電圧は、－１２ｋＶから－１５ｋＶの電圧を有する。別の実施例では、カソード電圧は、０Ｖから－１８ｋＶの範囲の電圧を有する。一実施例では、高電圧は、アノードに対するカソードの電圧の範囲の電圧の大きさを指し得る。たとえば、高電圧は、１ｋＶより大である電圧の大きさ（正または負のいずれか）を指し得る。第３に、ヒータは、正または負とすることができる、カソードに対するより低い電圧振幅で駆動される。一実施例では、ヒータは、カソードに対して２Ｖから１０Ｖの間の電圧振幅、または、カソードに対して４Ｖから７Ｖの電圧振幅を有する。第４に、グリッドは、カソードに対して－２００Ｖから２００Ｖの電圧を有する。たとえば、いくつかの設計では、グリッドは、カソードが高電圧である場合、カソードに対して－５０Ｖから－７０Ｖ（カットオフ電圧とも称される）の間へ駆動されるグリッド電圧でのビーム電流の流れを通常は防止することができる。また、グリッドは、カソードが高電圧である場合、カソードに対して５０Ｖから１００Ｖ（駆動電圧とも称される）の間へ駆動されるグリッド電圧でのビーム電流の流れを通常は許容することができる。他の実施例では、カットオフ電圧は、－５０Ｖより大である電圧（または－５０Ｖ未満の電圧振幅）を有するか、－７０Ｖ未満の電圧（または、－７０Ｖより大である電圧振幅）を有するビーム電流を切断する場合があり、グリッドは、５０Ｖ未満か１００Ｖより大である電圧を有する完全なビーム電流を許容することができる。一実施例では、高電圧は、この高電圧がグリッド電圧に関することから、５０Ｖより大である大きさを有することができる。

【0012】

いくつかの用途に関し、グリッドは、パルスの歪みを避けるように、迅速な上昇及び下降時間で、特定のパルス幅でカットオフ電圧からドライブ電圧へ、またカットオフ電圧へ戻るように切り替えることにより、速い速度で、プログラムされた振幅でパルスを生成する必要がある。このことは、システムの効率を低減させ得る。一実施例では、パルス幅は、５００パルス毎秒（ｐｐｓ）までの速度で、または、好ましくは、２０００パルス毎秒までの速度で、０．５マイクロ秒（μＳ）から５μＳの間とする必要がある場合がある。他の実施例では、グリッドパルス幅及び／またはパルス周波数は、異なる場合がある。さらに、銃ドライバによる、カソード電圧、ヒータ電圧、グリッドドライブ電圧、グリッドカットオフ電圧、グリッドパルスの遅延、及びグリッドパルス幅の調整可能性またはプログラム可能性は、ユーザに、エネルギのさらなる制御、及び、パルスの線量を与える。このことは、電子銃またはシステム（たとえば、リニアック）のさらなる機能性及び用途を与えることができる。

【0013】

慣習的な銃ドライバは、振幅、幅、及び遅延のパラメータのいくらかの調整を与えるが、通常、非常に長い時間の尺度（数秒（ｓ）の大きさ）では、このことが、慣習的な銃ドライバを、ミリ秒（ｍｓ）またはサブミリ秒レベル（μＳ）でグリッドを調整する必要があり、好ましくは、パルス毎に変更または調整される、材料識別ｘ線撮像システムでの使用には非現実的にしている。たとえば、慣習的な銃ドライバは、パルス毎に変更され得るグリッドドライブ電圧を有する場合があるが、２つの異なる電圧またはモード間で切り替えることができるのみである。このモードは、２０１７年５月２３日に許可され、「Ｌｉｎｅａｒ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｓｔａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ Ｐｕｌｓｉｎｇ」と題された、米国特許第９，６６１，７３４（本明細書では「Ｎｉｇｈａｎ ｐａｔｅｎｔ」と称される）によって説明されるように、インターリーブモードとも称される。この文献は、その全体が、参照することによって組み込まれる。Ｎｉｇｈａｎ ｐａｔｅｎｔに開示されるように、グリッドに関するドライバは、電源によって直接生成された電圧を使用し、パルス毎に、モードと称されるこれら２つの決まった電圧間で切り替える。電源は、通常、最大で少なくとも数十ミリ秒（ｍｓ）または数百ｍｓ内で電圧振幅を切り替えることが可能であるのみであり、このことは、少なくとも５００パルス毎秒の速度で３つ以上の電圧振幅間で切り替えるためには不十分である。迅速な切替え速度（ミリ秒及びサブミリ秒レベル内）におけるデュアルモードの銃ドライバの２つの電圧振幅の制限は、各追加モードに関して電源を追加し、これら電源の決まった電圧間で切り替えることにより、軽減される場合がある。しかし、そのようなアプローチは、特に異なるモードの数が増大するにつれて、さらなる設計の複雑さ及びコストを追加し得る。さらに、使用され得る異なるモードの数は、使用される電源の数によって依然として制限される。

【0014】

他の慣習的な銃ドライバの実施例（図示または参照されていない）では、銃ドライバは、グリッドを駆動するために、比較的高価であるソリッドステートのスイッチを使用して、高電圧コンデンサバンク間で切り替える、単一の電源を使用する場合がある。ここで、各コンデンサバンクは、特定の電圧振幅またはモードを生成するように設計されている。同様に、グリッドを駆動するために複数の高電圧コンデンサバンクを使用する銃ドライバは、使用できるモードの数が、関連する設計の複雑さ及びコストとともに、使用される高電圧コンデンサバンクの数によって制限されるという制限を有している。

【0015】

対照的に、開示の設計は、サブミリ秒レベルで、グリッドドライブ電圧とグリッドカットオフ電圧との両方の調整を可能にし、これら２つのパラメータ（たとえば、銃のドライバの利用可能な動的レンジ内における、いくらかの有限な解像度でのグリッドドライブ電圧及びグリッドカットオフ電圧）を、パルス毎にユーザに利用可能にする。

【0016】

慣習的に、パルス毎に２つのモード間で切り替えることができるシステム（たとえば、リニアック）は、インターレースシステムまたはインターリーブシステムと称され、ここでは、各ｘ線モードが、ｘ線ビームの特定の、または規定された線量及びエネルギを有する。通常、線量は、電子銃のパルスの振幅、幅、及び遅延と組み合わせて、ＲＦ源のパルスの振幅及び幅によって判定される。エネルギは、ＲＦ源のパルスの振幅によって主に判定され、ここで、電子銃のパルスの振幅、幅、及び遅延も、効果を有することができる。たとえば、インターレースリニアックは、線量Ａ及びエネルギＡのｘ線ビームと、線量Ｂ及びエネルギＢの別のｘ線ビームとの間でパルス毎に切り替えるように構成することができる。インターレースされた能力の銃ドライバは、リニアックが、パルス毎に２つのパルスモード間で選択することを可能にする。そのため、第１のパルスモードは、振幅Ａ、幅Ａ、及び遅延Ａのパルスであり、一方、第２のパルスモードは、振幅Ｂ、幅Ｂ、及び遅延Ｂとすることができる。

【0017】

対照的に、混合された能力のシステム（たとえば、リニアック）は、パルス毎に、２つのみのモードよりも多く（すなわち、ｎのモードであり、ｎは正の整数である）の間で選択することができる。混合された能力の銃ドライバは、パルス毎にその動的な範囲内で（いくらかの限定された分解能で）任意の振幅、幅、及び遅延のパルスを生成することができる。混合された能力の銃ドライバ（磁電管調整器またはＲＦ調整器を伴う）は、システムが、混合されたシステムとして動作することを許容する。これにより、インターレースシステムまたはインターリーブシステムに比べ、材料識別などのｘ線撮像に関するさらなる多様性及び機能性を提供する。

【0018】

一実施形態では、図１に示すように、三極管銃ドライバ１００は、（１）制御盤、制御回路、または制御モジュール１１０（または、単一のプリント回路基板として形成されている場合、制御盤１１０）を含む場合がある、制御側または低電圧側１０２と、（２）ときには高温デッキ側（別の呼称としては、高電圧）と称される、高電圧側１４０との、少なくとも２つのメインセクションに分けられる。「低電圧側」１０２及び「高電圧側」１６０は、システムグラウンド（たとえば、リニアックのシステムグラウンド）に対するその電圧の大きさへの基準を有する。低電圧側１０２は、システムの残りの部分全体で使用される、同じシャーシグラウンド（またはリニアックのシステムグラウンド）１１６及び信号グラウンド１０８を基準にし、一方、高電圧側１４０は、高電圧コンデンサ充電電源、高電圧コンデンサ充電モジュール、またはコンデンサ充電電源（ＣＣＰＳ）１４４の高電圧出力１４６（たとえば、負の電圧）を基準にする。

【0019】

ＣＣＰＳは、高電圧コンデンサ１０６に充電する。高電圧コンデンサ１０６は、主として銃のカソードからアノードに流れ、グリッドがオンにされている間は部分的にグリッドからアノードに流れる、パルスの間の瞬間的な電流を提供するために使用される電荷を蓄積する貯蔵コンデンサである。パルス幅が通常は、パルス間の時間よりかなり小さい（たとえば、パルスデューティサイクル、またはパルスの「オフ」の時間に対するパルスの「オン」の時間の割合は、０．０００１から０．０５の範囲内とすることができる）ことから、高電圧コンデンサ１０６は、（パルス幅に対し）パルス間でゆっくりと充電することができ、次いで、パルスの間に迅速に放電されるか部分的に放電される。高電圧コンデンサ１０６は、カソード自体に関する高電圧電源が、高電圧コンデンサ１０６を充電するために使用される細流充電の代わりに、パルスの間に必要とされるピーク電流を提供しなければならない場合に必要とされるよりもかなり小さい高電圧電源をシステムが使用することを可能にする。

【0020】

低電圧側１０２と高電圧側１４０との両方は、マイクロコントローラまたはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１２０、１６０、及び低電圧電源１０４、１４８、１４７などの低電圧制御回路を使用する場合がある。しかし、低電圧コントローラ１２０は、実施例によってＦＰＧＡ１２０と称される場合がある。同様に、高電圧コントローラ１６０は、ＦＰＧＡ１６０と称される場合がある。高電圧側１４０では、低電圧制御回路に関する「グラウンド」または「基準」は、その制御回路がヒータ１９４及びグリッド１９２を駆動するように構成されていることから、ＣＣＰＳ１４４（またはカソード電圧）の出力である。この電圧は、カソード１９６に対して特定される。結果として、低電圧側１０２は、高電圧側１４０から絶縁され、２つの別々のセクションまたは側と称される。いくつかの実施例では、高電圧エンクロージャが、高電圧側１４０の構成要素を低電圧側１０２の構成要素から絶縁するために使用される。他の実施例では、高電圧側１４０の構成要素と、低電圧側１０２の構成要素とは、同じエンクロージャまたはハウジング内にあるものとすることができる。ここで、少なくともいくつかの高電圧側１４０の構成要素は、低電圧側１０２の構成要素からの分離及び絶縁として、高電圧隔離絶縁器を使用する。絶縁電源１３０は、高電圧側１４０に電力を提供し、低電圧側１０２と高電圧側１４０との間に電圧の絶縁を提供する。一実施例では、絶縁電源１３０は、ＤＣ／ＤＣ変換器とすることができる。電源１３０の絶縁定格電圧は、（通常はいくつかの要素により）ＣＣＰＳ１４４の出力電圧よりも大であるべきである。たとえば、－１８ｋＶまでのカソード電圧を生成するように構成されたＣＣＰＳ１４４では、絶縁電源定格は、３０ｋＶＤＣとすることができる。

【0021】

高電圧側１４０は、ドライバモジュール１５０を含むことができる。このドライバモジュール１５０は、通信回路構成１５２、１５４、１５６、及び、変換回路構成（たとえば、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）及びデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ））１５８、１６６を伴う、グリッドドライバモジュール１６１及びヒータドライバ１７６を含んでいる。グリッドドライバモジュール１６１は、混合された能力を提供する回路を含むことができる。この回路は、その動的なレンジ内の任意の振幅、幅、及び遅延のパルスを生成するように構成することができる。たとえば、グリッドドライバモジュール１６１は、ドライブコントローラ１６０、ドライブ電圧増幅器１７２、カットオフ電圧増幅器１７４、ゲートドライバ１８０、及びスイッチ１８２、１８４を含むことができる。グリッドドライバモジュール１６１は、ハーフブリッジ回路として構成することができる。この回路では、ゲートドライバ１８０は、ドライブ電圧増幅器１７２の電圧１６８、または、カットオフ電圧増幅器１７４の電圧１７０を印加して、グリッド１９２のグリッド接続１８６にパルスを生成するようにスイッチ１８２、１８４を迅速に制御する。ドライブ電圧増幅器１７２には、ドライブ増幅器電源１４３によって電力を供給することができ、カットオフ電圧増幅器１７４には、カットオフ増幅器電源１４５によって電力を供給することができる。ドライブ電圧増幅器１７２のための入力は、ドライブＤＡＣ１６２によって構成することができ、カットオフ電圧増幅器１７４のための入力は、カットオフＤＡＣ１６４によって構成することができる。ドライブコントローラ１６０は、ドライブＤＡＣ１６２及びカットオフＤＡＣ１６４への入力により、ユーザインターフェース１１４からのパラメータを適用して、パルス毎にパルスの振幅を調整することができ、また、ゲートドライバ１８０及びスイッチ１８２、１８４を介して、パルス幅及び遅延を調整することができる。

【0022】

特にグリッドへの高電圧電源の出力の（スイッチとの）直接接続を介して、高電圧電力増幅器１７２及び１７４を使用することの利点の１つは、増幅器の出力を、５００パルス毎秒までの速度でパルス毎に迅速に変更または再構成することができることである。いくつかの実施例では、高電圧電力増幅器１７２及び１７４は、１０００パルス毎秒、２０００パルス毎秒、４０００パルス毎秒、または８０００パルス毎秒までの速度でパルス毎に変更または再構成される。いくつかの高電圧電力増幅器１７２及び１７４は、２５Ｖ／μＳより大であるスルーレートを有することができ、迅速な増幅器の出力の上昇及び下降の時間を提供する。結果として、パルスの振幅をパルス毎に変化させることができ、５００パルス毎秒までの速度で構成可能なモードを許容する。

【0023】

慣習的な銃ドライバの構成要素の（電圧の）遅い切替え速度は、有用なパルス周波数（たとえば、５００ｐｐｓより大）のシステムにおける、混合された能力のグリッド切替え機能（グリッドドライバモジュール１６１に対する機能に類似）を実施することへの限定である。高電圧電力増幅器１７２及び１７４を使用することにより、銃ドライバのパルス周波数の限定を、グリッドドライバモジュール１６１から高電圧コンデンサ１０６の再充電速度にシフトさせることができる。いくつかの実施例では、パルスの間に放電された後の高電圧コンデンサ１０６の再充電速度は、約８０００ｐｐｓである。このため、いくつかの実施例では、高電圧電力増幅器１７２、１７４の出力は、８０００パルス毎秒の速度でパルス毎に変更または再構成される。

【0024】

ドライブコントローラ１６０は、ヒータＤＡＣ１６６への入力を変更する適用パラメータをも提供する場合がある。このパラメータは、ヒータ電圧１７８を生じるヒータ増幅器１７６のための入力を生成することができる。ヒータ増幅器１７６には、ヒータ増幅器電源１４７によって電力を供給することができる。

【0025】

前述のように、高電圧側１４０は、１つまたは複数の高電圧側電源１４２を含むことができる。図２は、１つまたは複数の低電圧電源１４８、ドライブ増幅器電源１４３、カッドオフ電源１４５、及びヒータ増幅器電源１４７など、１つまたは複数の高電圧側電源１４２に含めることができるいくつかの電源を図示している。しかし、他の実施形態では、電源の数及びタイプは異なっている場合がある。一実施例では、高電圧側電源１４２は、３．３Ｖ、＋／－１５Ｖ、－１０Ｖ（たとえば、ヒータ増幅器電源１４７）、２４Ｖ、及び＋／－２００Ｖ（たとえば、ドライブ増幅器電源１４３及びカットオフ増幅器電源１４５）を生成することができる。

【0026】

以下に、三極管銃ドライバ１００の機能、接続、及びインターフェースのさらなる詳細を提供する。ふたたび図１を参照すると、制御機能及び回路構成は、低電圧側１０２と高電圧側１４０との間で分けることができる。たとえば、制御機能と回路構成とは、制御モジュール１００とドライバモジュール１５０との間で分けられる場合がある。一実施例では、低電圧側コントローラ１２０は、（外部トリガモードにある場合）管理パルス周波数及び幅のトリガとなることと、（内部トリガモードにある場合）ジェネレータのトリガとなることと、一定の銃ドライバ機能を許容するか妨げるために、インターロック信号を監視することと、管理上のユーザデータを処理するために、ユーザインターフェース１１４とインターフェースすることと、サービスのために使用されるユーザのヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）とインターフェースすることと、他の別個のユーザ信号とインターフェースすることと、ＣＣＰＳを制御することと、光ファイバの通信リンク１２２を介して高電圧側コントローラ１６０とインターフェースすることと、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）１２８とインターフェースすることと、デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）とインターフェースすることと、をするように構成することができる。高電圧側コントローラ１６０は、コントローラ１２０からトリガ信号を受信し、このトリガ信号を使用して、ハーフブリッジのスイッチ１８２、１８４に関するゲートドライブ信号を生成することと、ユーザインターフェースとインターフェースすることであって、このユーザインターフェースが、次のパルスに適用される、ユーザからのパルスの振幅、幅、及び遅延のパラメータを包含している、インターフェースすることと、ＡＤＣ１５８とインターフェースすることであって、このＡＤＣ１５８が、ヒータの電圧及び電流、グリッドのドライブ増幅器電圧及びカットオフ増幅器電圧、銃の電流、ならびにグリッドのドライブ電力供給電圧及びカットオフ電力供給電圧などの、様々な構成要素のセンサまたは電気的な読取り値または測定値を提供する、インターフェースすることと、ＤＡＣとインターフェースすることであって、ＤＡＣが、グリッドのドライブ増幅器及びカットオフ増幅器、ならびにヒータ供給源をプログラムする、インターフェースすることと、ヒータをオン及びオフにすることと、をするように構成することができる。

【0027】

銃ドライバ１００は、慣習的な銃ドライバとの後方互換性に関し、慣習的な銃ドライバで使用される機能を含む場合があり、それにより、開示の銃ドライバは、慣習的な銃ドライバの代わりとして使用される場合もあり、また、追加のモードの機能を提供もする場合があるようになっている。たとえば、いくつかのアナログ信号は、ＣＣＰＳ１４４（たとえば、電圧及び電流の監視信号）、または、ユーザインターフェース１１４（たとえば、ヒータ設定、カソード電圧設定、グリッドドライブ電圧設定、及びグリッドカットオフ電圧設定）によって生成される場合がある。ＡＤＣ１２８は、これらアナログ信号を、プロセッサ１２０による処理のためのデジタルフォーマットに変換する場合がある。アナログユーザ信号は、パルス対パルスの混合が使用されないシナリオで使用される場合がある。プロセッサ１２０は、ＤＡＣ（図示せず）を介してデジタル信号を変換することができる。この信号は、ＣＣＰＳ１４４またはユーザインターフェース１１４に送信され得る。

【0028】

低電圧側１０２は、電力入力１１２を使用し、ユーザインターフェース１１４を使用してユーザ（たとえば、リニアック制御システム）とインターフェースし、ＣＣＰＳ制御１１８を使用してＣＣＰＳを制御し、通信信号１２２、トリガ信号１２４、及び場合によっては追加の信号を高電圧側１４０に提供する。一実施例では、電力入力１１２は、ＤＣの１５Ｖまたは２４Ｖを生成するように構成され得る。低電圧側１０２は、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ１２０及びＡＤＣ１２８などのコントローラまたはプロセッサを含んでいる。ユーザインターフェース１１４は、低電圧コントローラ１２０に結合されており、トリガ信号、インターロック信号、別個の入力／出力（Ｉ／Ｏ）信号、及びセーフティ信号などの様々な通信信号をやりとりし、また、イーサネット（登録商標）などの様々な通信プロトコルを使用することができる。イーサネット（登録商標）は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、及びワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）で一般的に使用されるコンピュータネットワークプロトコルの集合である。インターネットプロトコル（ＩＰ）は、イーサネット（登録商標）にわたって一般的に保持され、そのため、インターネットを形成する重要な技術の１つと解されている。トリガは、外部トリガモードの場合にグリッドにパルスを出すために使用されるユーザトリガ信号である。スタンバイインターロックは、ユーザがヒータをオンにすることを可能にするために、満足されるべきである。トリガインターロックは、グリッドのトリガとなることを可能にするために、満足されるべきである。高電圧インターロックは、ユーザがカソード高電圧をオンにすることを可能にするために、満足されるべきである。別個のＩ／Ｏ信号は、ユーザが、銃ドライバの一定の機能を制御することを可能にする。この機能は、そうでなければ、低電圧側コントローラ１２０を介して制御されることになる（たとえば、高電圧のオン、ヒータのオン、イネーブル／ディスエーブルのトリガ、及び障害のリセット）。セーフティ信号は、ユーザが、一定のステータスを監視することを可能にすることができる。このステータスは、そうでなければ、低電圧側コントローラ１２０を介して監視されることになる（たとえば、インターロックステータス、障害のステータス、高電圧のオンのステータス、トリガのステータス、ウォームアップのステータス、及びヒータのステータス）。さらに、追加のユーザのアナログ出力が使用される場合があり、そのため、ユーザは、ヒータ電圧、ヒータ電流、カソード電圧、及びグリッドドライブ電圧を任意選択的に監視することができる。イーサネット（登録商標）が例として使用されたが、他の実施形態では、他の通信プロトコルが使用される場合がある。

【0029】

低電圧側１０２と高電圧側１４０との間のいくつかの光ファイバのリンクは、２つの側の間（すなわち、低電圧側１０２と高電圧側１４０との間）の通信手段（たとえば、光ファイバの通信リンク１３２、低電圧側または制御光ファイバの通信リンク［コネクタまたはインターフェース］１２２、及び高電圧側光ファイバの通信リンク［コネクタまたはインターフェース］１５２）、ならびに、トリガ信号（たとえば、光ファイバのトリガリンク１３４、低電圧側または制御光ファイバのトリガリンク［コネクタまたはインターフェース］１２４、及び高電圧側１４０光ファイバのトリガリンク［コネクタまたはインターフェース］１５４）、ならびに、任意選択的には、その関連するリンク（コネクタまたはインターフェース）とのいくつかの追加の信号を提供する。光ファイバの通信リンク１３２及び光ファイバのトリガリンク１３４は、低電圧側コントローラ１２０と高電圧側コントローラ１６０との間に示されている。一実施例では、光ファイバの通信リンク１３６（低電圧側または制御光ファイバの通信リンク（コネクタまたはインターフェース）１２６、及び高電圧側光ファイバの通信リンク（コネクタまたはインターフェース）１５６を含む）は、ユーザインターフェース１１４を高電圧コントローラ１６０に結合する場合がある。一実施例では、コントローラ１２０と１６０との間の通信リンク１３２は、パルス周波数で調整される必要がない、ユーザからのより遅いデータ（たとえば、ヒータ設定、システムステータス、及びカソード電圧設定）を送信するために使用される比較的「遅い」バス上で送信される場合がある。ユーザインターフェース１１４とコントローラ１６０との間の通信リンク１３６は、パルス毎に調整することができるパラメータ（たとえば、グリッドパルスの振幅、幅、及び遅延）を設定するように構成された「速い」バスを使用することができる。バスプロトコルは、通信リンク１３６上のユーザからの新たなメッセージが、各パルスの前にコントローラ１６０によって受信及び／または処理され得るように操作する場合がある。一実施例では、通信リンク１３２及び１３６、ならびにトリガリンク１３４は、同期の、または非同期の通信プロトコルを使用する場合がある。たとえば、通信リンク１３２は、万能非同期受信送信機（ＵＡＲＴ）を使用する場合があり、通信リンク１３６は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）バス、集積回路間（Ｉ２Ｃ）バス、シリアルペリフェラルインターフェース（ＳＰＩ）バス、または任意の他の適切な通信バスなどの柔軟な通信バスを使用する場合がある。ＣＡＮバスは、マイクロコントローラ及びデバイスがホストコンピュータを伴わない用途で互いに通信することを可能にするように、車両のためにもともとは設計された強固なバス規格である。ＣＡＮバスは、雑音のある通信チャンネル（たとえば、物理的レイヤ）での確実な通信を提供することができる。この雑音のある通信は、リニアックを含む撮像システムで発生し得る。ＣＡＮバスの信号方式は、ユーザインターフェース１１４と低電圧コントローラ１２０との間でも生じ得る。光ファイバの通信リンク、コネクタ、及びインターフェースが、実施例として使用されているが、光学通信と非光学通信とのいずれかに関わらず、他のタイプの絶縁通信リンクが使用される場合がある。

【0030】

高電圧側１４０は、１つまたは複数の高電圧側電源１４２と、高電圧コントローラ１６０、高速デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）１６２、１６４、及び１６６、増幅器１７２、１７４、及び１７６、ゲートドライバ１８０、ならびにスイッチ１８２及び１８４、ならびにアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）１５８などの、他の高電圧側構成要素と、を含んでいる。

【0031】

高電圧側１４０の構成要素は、少なくとも２つのプリント回路基板（ＰＣＢ）上に含めるなど、別々に配置することができる。１つのＰＣＢは、１つまたは複数の高電圧側電源１４２を伴う電源基板を含むことができる。この１つまたは複数の高電圧側電源１４２は、絶縁電源１３０からの低電圧出力（たとえば、２４Ｖ）を使用して、第２の基板、高電圧側基板、ドライバ基板、またはドライバモジュール１５０で使用される電圧のいくらかを生成する。より具体的には、電源基板の１つまたは複数の高電圧側電源１４２は、絶縁電源１３０からの低電圧出力を入力として取り、ドライブ電圧増幅器１７２に関する電圧レール（たとえば、約＋２００Ｖ、及び約－１５Ｖ）、カットオフ電圧増幅器１７４に関する電圧レール（たとえば、約＋２４Ｖ、及び約－２００Ｖ）、ならびに、ヒータドライバ１７６に関する電圧レールを生成する。電源レールまたは電圧レールは、電源によって提供される単一の電圧に関する。別の実施例では、ドライブ電圧は、０Ｖから１２０Ｖの範囲を有し、カットオフ電圧は、０Ｖから－１２０Ｖの範囲を有する。一実施例では、１つまたは複数の高電圧側電源１４２は、ドライバ基板１５０と称される、単一のＰＣＢ内のドライバモジュール１５０と統合されている。ドライバ基板の機能の１つは、ヒータ１９４に関するフィラメント電圧と、グリッド１９２に関するグリッドカットオフ電圧及びグリッドドライブ電圧と、を生成することである。いくつかの実施形態では、これら機能は、ドライバ基板１５０のいくつかの主要な機能である場合がある。ドライバ基板１５０は、ＣＣＰＳ出力１４６（たとえば、－１２ｋＶから－１５ｋＶ）を取り、この電圧をその「グラウンド」または基準電圧として使用し、一方、基準電圧を電子銃１９０のカソード１９６に渡しもする。前述のように、アノード１９８は、グラウンド接続として作用する、シャーシグラウンド、または、銃が取り付けられる線形加速器の本体を基準とする。グリッドドライブ電圧１６８及びグリッドカットオフ電圧１７０を生成する方法は、２つの高電圧電力増幅器（ドライバ１７２に関する１つの増幅器（またはドライバ増幅器）と、カットオフ１７４に関する１つの増幅器（またはカットオフ増幅器））を使用して、ハーフブリッジドライバ回路に関する上側及び下側の電圧レールを生成することによる。これら増幅器１７２及び１７４は、少なくとも１ｋＨｚの周波数で矩形波を生成するように構成されており、銃ドライバの所望のパルス周波数で変化することができる。一実施例では、高電圧増幅器は、銃ドライバの速度及び動的な電圧の範囲に関する制限を提供し得る。この範囲は、１００のゲインで、５０Ｖ／マイクロ秒（μＳ）のスルーレートでの４００Ｖ（＋／－２００Ｖのレール）までの供給電圧範囲を有することができる。パルス間では、ユーザは、銃ドライバにメッセージ（たとえば、シリアルメッセージ）を送信することができ、次のパルスに関する所望のパルスの振幅、幅、及び遅延、ならびに、所望のパルス周波数までの割合でのカットオフ電圧への変化を要求する。制御基板１１０は、次いで、必要とされる情報をドライバ基板１５０にリレーする。ドライバ基板１５０上のＦＰＧＡ１６０は、次いで、次のパルスに関する準備の中でハーフブリッジ増幅器を駆動する高速デジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）１６２及び１６４の出力を設定することができる。トリガの前縁部がユーザから受信された場合、（ユーザによって事前に要求されたように）適切な遅延が適用され、適切な信号が、ゲートドライバ１８０により、ハーフブリッジのスイッチ（たとえば、ドライバスイッチ１８２及びカットオフスイッチ１８４）のゲートに適用されて、パルスを生成する。このパルスの幅は、ユーザによって事前に要求されたものである。銃ドライバは、フィードスルーモードをも有することができる。このフィードスルーモードでは、出力パルスが、入力トリガ信号１３４の上昇または下降するエッジに単に追従する。ドライブスイッチ１８２及びカットオフスイッチ１８４は、高電圧ｎチャンネルのエンハンスメントモードの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）または金属酸化物半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または類似の高電力トランジスタを含むことができる。ヒータ増幅器１７６は、ドライブ増幅器１７２またはカットオフ増幅器１７４に類似である場合があるか、より遅い応答時間を有する場合がある。たとえば、ヒータ増幅器は、ＤＣ入力によって駆動される場合がある。ヒータＤＡＣ１６６は、ドライブＤＡＣ１６２またはカットオフＤＡＣ１６４に類似である場合があるか、より遅い応答時間、より低い動的範囲、及び／またはより低い分解能を有する場合がある。フィラメント電圧１７８及びカソード電圧１４６は、ユーザによってプログラム可能でもあるが、これら電圧は、グリッド電圧と同じ高速のレートで応答しない場合がある。

【0032】

図３は、図１に示す三極管銃ドライバ１１０に類似の、三極管銃ドライバの交流ドライバモジュール２５０の概略図またはブロック図を示す。ここで、グリッドドライバモジュール１６１は、グリッドドライバモジュール２６１と置き換わっている。グリッドドライバモジュール２６１は、ドライブコントローラ１６０、グリッドＤＡＣ２６２、及びグリッド電圧増幅器２７２を含むことができ、グリッド電圧増幅器２７２は、グリッド１９２のグリッド接続１８６に結合することができる。グリッド電圧増幅器２７２には、ドライブ増幅器電源１４３と、カットオフ増幅器電源１４５との両方（または、グリッド電圧増幅器２７２に関する負と正との両方の高電圧を提供する電源）によって電力が供給され得る。グリッド電圧増幅器２７２のための入力は、グリッドＤＡＣ２６２によって構成することができる。ドライブコントローラ１６０は、ユーザインターフェース１１４からのパラメータを適用して、グリッドＤＡＣ２６２への入力により、パルス毎にパルスの振幅を調整し、また、グリッド電圧増幅器２７２の応答時間を介してパルスの幅及び遅延を調整することができる。グリッド電圧増幅器２７２の動的レンジは、グリッド電圧増幅器２７２によって達成されるパルスの振幅及びパルスの幅を制限する場合がある。この理由は、グリッド電圧増幅器２７２が、大きい負のカットオフ電圧（たとえば、－５０Ｖ未満）から大きい正のドライブ電圧（たとえば、５０Ｖより大）に振れる必要があるためである。図１に示すハーフブリッジ構成のグリッドドライバモジュール１６１に対し、グリッド電圧増幅器２７２の出力電圧の振れは、ドライブ増幅器１７２またはカットオフ増幅器１７４のいずれかから振れる電圧の約２倍である場合がある。この振れは、より長いパルス幅（たとえば、０．５μｓより大）、より長いパルスエッジの上昇及び下降の時間（たとえば、１００ｎｓより大）、より大であるパルス形状の歪み（たとえば、矩形のパルス形状にあまり似ていない）、または、銃ドライバのより遅いパルス周波数の能力（たとえば、５００ｐｐｓ未満）に繋がり得る。

【0033】

図４は、図１に示す三極管銃ドライバ１１０に類似の、三極管銃ドライバの交流ドライバモジュール２５２の概略図またはブロック図を示す。ここで、グリッドドライバモジュール１６１は、グリッドドライバモジュール２６３と置き換わっている。グリッドドライバモジュール２６２は、ドライブコントローラ１６０、グリッドＤＡＣ２６４、アナログスイッチ２８０、及びグリッド電圧増幅器２７４を含むことができ、グリッド電圧増幅器２７４は、グリッド１９２のグリッド接続１８６に結合することができる。グリッド電圧増幅器２７４には、ドライブ増幅器電源１４３と、カットオフ増幅器電源１４５との両方（または、グリッド電圧増幅器２７４に関する負と正との両方の高電圧を提供する電源）によって電力が供給され得る。グリッド電圧増幅器２７４のための入力は、グリッドドライブ電圧（たとえば、上側の高電圧）及びグリッドカットオフ電圧（たとえば、下側の高電圧）を生成するために、（アナログスイッチ２８０を介して）グリッド電圧増幅器２７４への入力を生成するように、少なくとも２つの出力を有するグリッドＤＡＣ２６４によって構成することができる。ドライブコントローラ１６０は、ユーザインターフェース１１４からのパラメータまたはトリガ信号を適用して、グリッドＤＡＣ２６４への入力により、パルス毎にパルスの振幅を調整し、アナログスイッチ２８０を介してパルスの幅及び遅延を調整することができる。グリッド電圧増幅器２７４の動的レンジは、グリッド電圧増幅器２７４によって達成されるパルスの振幅及びパルスの幅を制限する場合がある。この理由は、グリッド電圧増幅器２７４が、大きい負のカットオフ電圧（たとえば、－５０Ｖ未満）から大きい正のドライブ電圧（たとえば、５０Ｖより大）に振れる必要があるためである。図１に示すハーフブリッジ構成のグリッドドライバモジュール１６１に対し、グリッド電圧増幅器２７４の出力電圧の振れは、ドライブ増幅器１７２またはカットオフ増幅器１７４のいずれかから振れる電圧の約２倍である場合がある。この振れは、より長いパルス幅（たとえば、０．５μｓより大）、より長いパルスエッジの上昇及び下降の時間（たとえば、１００ｎｓより大）、より大であるパルス形状の歪み（たとえば、矩形のパルス形状にあまり似ていない）、または、銃ドライバのより遅いパルス周波数の能力（たとえば、５００ｐｐｓ未満）に繋がり得る。

【0034】

図１から図４に示される、開示のグリッドドライバ回路構成は、慣習的な銃ドライバよりも、パルスの振幅及びタイミングを高速で変化させる。グリッドドライバ回路構成は、ユーザに、パルス毎に、その動的レンジ内で任意のドライブ電圧及びカットオフ電圧を選択する能力を提供する。ドライバの動的レンジ内での、ユーザに利用可能なモードの数の制限の１つが、ハーフブリッジレール増幅器１７２、１７４、またはグリッド電圧増幅器２７２を駆動しているＤＡＣ１６２、１６４、２６２の分解能である。たとえば、１０ビットのＤＡＣは、ハーフブリッジ構成のグリッドドライバモジュール１６１内から選択するように、ユーザに、１０２４のドライブ電圧及び１０２４のカットオフ電圧を与える。たとえば、１０ビットのＤＡＣは、グリッド増幅器構成のグリッドドライバモジュール２６１内から選択するように、ユーザに、１０２４のグリッド電圧を与える。たとえば１０ビットのＤＡＣで０Ｖから１２０Ｖのドライブ電圧の動的レンジは、１１７ｍＶのグリッドドライブ分解能をユーザに与える。異なるＤＡＣを使用する実施形態では、銃ドライバ回路構成は、１０２４及び１６３８４の異なる電圧レベルのレンジで切り替えることが可能である場合がある。

【0035】

銃ドライバの開示の実施形態は、電子銃の有用な操作のためにこれら機能を提供する。一実施例では、カソード電圧、ヒータ電圧、グリッドドライブ電圧、グリッドカットオフ電圧、グリッドパルスの遅延、及びグリッドパルス幅は、各々が調整可能であり、グリッドドライブ電圧、グリッドカットオフ電圧、グリッドパルスの遅延、及びグリッドパルス幅は、各々が、パルス毎に調整するために、少なくとも５００ヘルツ（Ｈｚ）の速度でプログラム可能である。いくつかの実施例では、グリッドドライブ電圧、グリッドカットオフ電圧、グリッドパルスの遅延、及びグリッドパルス幅は、各々が、パルス毎に調整するために、少なくとも１０００Ｈｚまたは２０００Ｈｚの速度でプログラム可能である。

【0036】

一実施例では、電子銃のパルス（通常は、キロボルトのレンジ）は、０．５ＭｅＶから１０ＭｅＶのエネルギのパルスを生成するために、リニアックによって増幅される。

【0037】

図５は、いくつかの実施形態に係る、電子銃ドライバを制御するための方法３００のフローチャートを示している。図１の電子銃ドライバ１１０を実施例として使用すると、３１０では、ドライブコントローラ１６０及びドライブＤＡＣ１６２が、電子銃１９０のグリッド接続１８６に関し、ドライブ高電圧電力増幅器１７２のグリッドドライブ電圧を設定する。３２０では、ドライブコントローラ１６０及びカットオフＤＡＣ１６４が、電子銃１９０のグリッド接続１８６に関し、カットオフ高電圧電力増幅器１７４のカットオフ電圧を設定する。３２０では、ドライブコントローラ１６０、ドライブパワースイッチ１８２、カットオフパワースイッチ１８４、及びゲートドライバ１８０が、グリッド接続１８６のパルスを生成するように、グリッドドライブ電圧とグリッドカットオフ電圧との間での切替えを提供する。

【0038】

いくつかの実施形態は、ハーフブリッジドライバ回路であって、電子銃１９０のグリッド接続１８６に関するグリッドドライブ電圧（たとえば、上側高電圧）１６８を生成するように構成されたドライブ回路、電子銃１９０のグリッド接続１８６に関するグリッドカットオフ電圧（たとえば、下側高電圧）１７０を生成するように構成されたカットオフ回路、及び、グリッドドライブ電圧１６８とグリッドカットオフ電圧１７０との間で切り替えるように構成されたゲートドライバ１８０、を備えたハーフブリッジドライバ回路と、ドライブ回路及びカットオフ回路へのパルス入力、ならびに、ゲートドライバ１８０に関するグリッド切替え信号を生成するように構成されたドライブコントローラ１６０と、を備えた電子銃ドライバを含んでいる。

【0039】

いくつかの実施形態では、ドライブ回路は、ハーフブリッジドライバ回路に関するグリッドドライブ電圧（たとえば、上側電圧）を提供するように構成されたドライブ高電圧電力増幅器１７２と、ドライブ高電圧電力増幅器１７２へのプログラミング電圧を生成するように構成されたドライブ高速ＤＡＣ１６２と、ドライブ電圧をグリッド接続１８６に適用するように構成されたドライブパワースイッチ１８２と、をさらに備えている。カットオフ回路は、ハーフブリッジドライバ回路にグリッドカットオフ電圧（たとえば、下側電圧）を提供するように構成されたカットオフ高電圧電力増幅器１７４と、カットオフ高電圧電力増幅器へのプログラミング電圧を生成するように構成されたカットオフ高速ＤＡＣ１６４と、カットオフパルスをグリッド接続１８６に適用するように構成されたカットオフパワースイッチ１８４と、をさらに備えている。ゲートドライバ１８０は、グリッド制御信号をドライブパワースイッチ１８２及びカットオフパワースイッチ１８４に適用するように構成されている。

【0040】

いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、電子銃１９０のヒータ接続１８８のためのヒータ電圧１７８を生成するように構成されたヒータ回路であって、ヒータ回路が、ヒータ電圧１７８を電子銃１９０のヒータ接続１８８に提供するように構成されたヒータ電力増幅器１７６と、ヒータ電力増幅器１７６へのパルスを生成するように構成されたヒータ高速ＤＡＣ１６６と、を備え、ドライブコントローラ１６０が、ヒータ回路へのヒータ入力を生成するように構成されている、ヒータ回路をさらに備えている。

【0041】

いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、ユーザ入力をドライバコントローラ入力に変換するように構成された制御回路１１０であって、この制御回路１１０が、線形加速器制御システム入力を受領するように構成されたユーザインターフェース１１４と、ドライブコントローラ１６０に関するドライブ制御信号を生成するように構成された低電圧側コントローラ１２０と、コンデンサ充電電源（ＣＣＰＳ）１４４に関するＣＣＰＳ制御信号を生成するように構成されたＣＣＰＳコントローラ１１８と、を備えている、制御回路１１０をさらに備えている。いくつかの実施形態では、ドライブ制御信号は、光ファイバの通信リンク１３２、１３６及び光ファイバのトリガリンク１３４を含んでいる。いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、制御回路１１０とハーフブリッジドライバ回路との間の電圧の絶縁を提供するように構成された絶縁電源１３０をさらに備えている。

【0042】

いくつかの実施形態では、ドライブコントローラ１６０は、グリッドドライブ電圧及びグリッドカットオフ電圧によって生成される各パルスの振幅、幅、及び遅延を調整するように構成されており、各パルスが、前のパルスとは異なるように構成され得る。

【0043】

いくつかの実施形態では、グリッドドライブ電圧及びグリッドカットオフ電圧によって生成される各パルスの振幅、幅、または遅延の少なくとも１つが、パルス間で変化されるように構成されている。

【0044】

いくつかの実施形態では、グリッドドライブ電圧及びグリッドカットオフ電圧によって生成される各パルスの振幅、幅、または遅延の少なくとも１つが、少なくとも５００パルス毎秒の速度で変化されるように構成されている。

【0045】

いくつかの実施形態は、システムであって、ドライバモジュール１５０と、高電圧コンデンサ１０６と、高電圧コンデンサを充電するように構成されたコンデンサ充電電源（ＣＣＰＳ）１４４と、電子銃ドライバの高電圧側１４０のための電力を生成するように構成された、１つまたは複数の高電圧側電源１４２と、電子銃１９０であって、グラウンド１０８に結合されたアノード１９８、ＣＣＰＳの出力１４６に結合されたカソード１９６、グリッド接続１８６に結合されたグリッド１９２、及び、ヒータ１９４を備えた電子銃１９０と、を含む電子銃ドライバを備えたシステムを含んでいる。

【0046】

いくつかの実施形態は、銃ドライバを制御するための方法であって、電子銃１９０のグリッド接続１８６に関する、ドライブ高電圧電力増幅器１７２のグリッドドライブ電圧を設定することと、電子銃１９０のグリッド接続１８６に関するカットオフ高電圧電力増幅器１７４のグリッドカットオフ電圧を設定することと、グリッド接続１８６のパルスを生成するように、グリッドドライブ電圧とグリッドカットオフ電圧との間でパルスを切り替えることと、を含む、方法を使用する。

【0047】

いくつかの実施形態では、本方法は、グリッドドライブ電圧またはグリッドカットオフ電圧によって生成された各パルスの振幅、幅、または遅延を調整することであって、少なくとも３つの異なる振幅、少なくとも３つの異なる幅、及び少なくとも３つの異なる遅延を使用することができる、調整することをさらに含んでいる。

【0048】

いくつかの実施形態では、本方法は、グリッドドライブ電圧パルス及びグリッドカットオフ電圧パルスの振幅、幅、または遅延の少なくとも１つを、少なくとも５００パルス毎秒の速度で、パルス間で交互にすることをさらに含んでいる。

【0049】

いくつかの実施形態では、複数の命令を含む少なくとも１つの非一時的な機械可読記録媒体が、上の方法を実施するために実行されるように適合されている。

【0050】

いくつかの実施形態は、電子銃のグリッド接続に関するグリッドドライブ電圧（たとえば、上側高電圧）及びグリッドカットオフ電圧（たとえば、下側高電圧）を生成するためのグリッド電圧生成手段と、グリッドドライブ電圧とグリッドカットオフ電圧との間で切り替えることにより、グリッド接続でパルスを生成するための切替え手段と、グリッド電圧生成手段及び切替え手段への入力を生成するための電圧制御手段と、を備えた電子銃ドライバを含んでいる。グリッド電圧生成手段の実施例は、ドライブ高電圧電力増幅器１７２、カットオフ高電圧電力増幅器１７４、グリッド電圧増幅器２７２、グリッド電圧増幅器２７４、ドライブ増幅器電源１４３、及びカットオフ増幅器電源１４５を含んでいる。切替え手段の実施例は、ゲートドライバ１８０、ドライブパワースイッチ１８２、カットオフパワースイッチ１８４、ドライブコントローラ１６０、及びアナログスイッチ２８０を含んでいる。電圧制御手段の実施例は、ドライブコントローラ１６０を含んでいる。

【0051】

いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、グリッド電圧生成手段への入力を、電圧制御手段のデジタル出力からアナログ入力に変換するための変換手段をさらに備えている。変換手段の実施例は、ドライブ高速ＤＡＣ１６２、カットオフ高速ＤＡＣ１６４、グリッドＤＡＣ２６２、及びグリッドＤＡＣ２６４を含んでいる。

【0052】

いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、ユーザ入力を電圧制御手段のための入力に変換するためのコマンド制御手段をさらに備えている。コマンド制御手段の実施例は、ユーザインターフェース１１４及び低電圧側コントローラ１２０を含んでいる。

【0053】

いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、電圧制御手段、グリッド電圧生成手段、及び切替え手段により、生成された各パルスの振幅、幅、及び遅延を調整するように構成されており、各パルスが、前のパルスとは異なるように構成され得、振幅、幅、及び遅延の各々が、少なくとも３つの異なる値の間で変化され得る。

【0054】

いくつかの実施形態では、電子銃ドライバは、各パルスの振幅、幅、及び遅延の少なくとも１つを、パルス間で、少なくとも５００パルス毎秒の速度で変化させるように構成されている。

【0055】

上に提供される概要は、説明的ものであり、いずれの方法でも限定することは意図されていない。上に記載の実施例に加え、本発明のさらなる態様、特徴、及び利点は、図面、以下の詳細な説明、及び添付の特許請求の範囲を参照することによって明らかとされるであろう。

【0056】

回路構成は、ハードウェア、ファームウェア、プログラムコード、実行可能なコード、コンピュータ命令、及び／またはソフトウェアを含むことができる。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、信号を含まないコンピュータ可読記憶媒体とすることができる。

【0057】

本明細書に記載の機能ユニットの多くが、その実施態様の独立性をより具体的に強調するために、モジュールとしてラベルが付されていることを理解されたい。たとえば、あるモジュールは、限定ではないが、論理チップ、トランジスタ、または他の構成要素を含む、カスタムの大規模集積（ＶＬＳＩ）回路またはゲートアレイを備えたハードウェア回路として実装される場合がある。モジュールは、限定ではないが、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルアレイ論理、プログラマブル論理デバイス、または類似のデバイスを含む、プログラマブルハードウェアデバイスで実装される場合もある。

【0058】

本明細書を通して、「実施例」または「実施形態」の参照は、実施例に関して記載された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。このため、明細書を通しての様々な場所における「実施例」または「実施形態」とのワードの出現は、必ずしも、すべて同じ実施形態を参照するものではない。

【0059】

さらに、記載の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、適切な方式で組み合わせられる場合がある。以下の記載では、複数の特定の詳細が、本発明の実施形態を完全に理解させるために提供される（たとえば、レイアウト及び設計の実施例）。しかし、当業者には、本発明が、特定の詳細の１つまたは複数を伴わずに、または、他の方法、構成要素、レイアウトなどを伴って、実施され得ることを理解されたい。他の例では、よく知られている構造、構成要素、または操作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細には示されないか記載されない。

【0060】

この記載の開示に添付の特許請求の範囲は、これにより、本明細書によってこの記載された開示に明確に組み込まれており、各請求項は、別々の実施形態として、それ自体で自立している。本開示は、独立請求項の、その従属請求項とのすべての置換を含んでいる。さらに、添付の独立請求項及び従属請求項から派生することが可能である追加の実施形態も、この記載された説明に明確に組み込まれる。これら追加の実施形態は、「請求項［ｘ］で始まり、本請求項のすぐ前の請求項で終わる任意の請求項（ａｎｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｉｍｓ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｌａｉｍ ［ｘ］ ａｎｄ ｅｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｌａｉｍ ｔｈａｔ ｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙ ｐｒｅｃｅｄｅｓ ｔｈｉｓ ｏｎｅ）」とのフレーズを伴う所与の従属請求項の従属性を置き換えることによって判定される。ここで、括弧が付された用語「［ｘ］」は、もっとも新しく述べられた独立請求項の数と置き換えられる。たとえば、独立請求項１で始まる第１の請求項のセットに関し、請求項４は、請求項１と請求項３とのいずれかに従属することができ、これら別々の従属性は、２つの別個の実施形態を与え、請求項５は、請求項１、請求項３、または請求項４のいずれか１つに従属することができ、これら別々の従属性は、３つの別個の実施形態を与え、請求項６は、請求項１、請求項３、請求項４、または請求項５のいずれか１つに従属することができ、これら別々の従属性は、４つの別個の実施形態を与える、などである。

【0061】

特徴または要素に関する「第１の」との用語の、特許請求の範囲における列挙は、そのような特徴または要素の第２のものまたは追加のものの存在を必ずしも暗示しない。ミーンズプラスファンクションのフォーマットで特に述べられた要素は、存在する場合、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２（ｆ）に従い、本明細書に記載の対応する特徴、材料、または作用、及びそれらの均等をカバーするように解釈されることが意図されている。排他的な特性または特権が請求される本発明の実施形態は、添付のように規定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】