(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と回転部を有する回転装置において当該回転部の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転部と固定部の何れか一方に固定され、前記回転部の円周方向に沿って周期的に変化する第１の信号を生成する第１の信号生成手段と、
この第１の信号生成手段に対し前記回転部と固定部の何れか他方に固定され、前記第１の信号を検出する第１の信号検出手段と、
前記回転部と固定部の何れか一方に固定され、前記回転部の円周方向に沿って前記第１の信号よりも角度精度が高い第２の信号を生成する第２の信号生成手段と、
この第２の信号生成手段に対し前記回転部と固定部の何れか他方に固定され、前記第２の信号を検出する第２の信号検出手段と、
前記回転部が一定の回転速度で回転している状態において、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号の各周期と前記第２の信号検出手段から出力される第２の検出信号の信号間隔とをそれぞれ測定し、前記第２の検出信号の信号間隔を基準時間として前記第１の検出信号の各周期の補正データを求め、以降は前記回転部が任意の回転速度で回転している状態において、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号の各周期を前記補正データを用いて補正し、この補正した周期に基づいて前記回転部の回転角度を求める回転角度演算手段とを有して構成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記回転角度演算手段は、前記回転部を一定の回転速度で回転させた状態において、前記基準時間に基づいて前記第１の検出信号の基準周期を求め、この基準周期と前記第１の検出信号の各周期との比を補正データとすることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記回転角度演算手段は、前記補正データを求めた後、前記回転部が一定の回転速度で回転している時に、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号の各周期と前記第２の信号検出手段から出力される第２の検出信号の信号間隔とに基づいて前記補正データの誤差を求め、所定値以上の誤差がある場合には再度補正データを求めることを特徴とする請求項１または２記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記回転角度演算手段は、求めた回転角度に対応したパルス状の位置信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の回転角度検出装置
【請求項５】
前記回転角度演算手段は、前記補正した周期を１／ｎ（ｎ≧２）に等分割することにより、前記第１の検出信号を逓倍した位置信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
固定部と回転部を有する回転装置において当該回転部の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転部と固定部の何れか一方に固定され、前記回転部の円周方向に沿って連続的に変化する第１の信号を生成する第１の信号生成手段と、
この第１の信号生成手段に対し前記回転部と固定部の何れか他方に固定され、前記第１の信号を検出する第１の信号検出手段と、
前記回転部と固定部の何れか一方に固定され、前記回転部の円周方向に沿って前記第１の信号よりも角度精度が高い第２の信号を生成する第２の信号生成手段と、
この第２の信号生成手段に対し前記回転部と固定部の何れか他方に固定され、前記第２の信号を検出する第２の信号検出手段と、
前記回転部が一定の回転速度で回転している状態において、前記第２の信号検出手段から出力される第２の検出信号の信号間隔に基づいて回転角度データを生成するとともに、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号と前記回転角度データとの対応データを生成し、以降は前記回転部が任意の回転速度で回転している状態において、前記対応データを参照することにより前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号に対応した回転角度を求める回転角度演算手段とを有して構成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項７】
前記回転角度演算手段は、前記対応データを求めた後、前記回転部が一定の回転速度で回転している時に、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号と前記第２の信号検出手段から出力される第２の検出信号の信号間隔に基づいて生成した回転角度データとに基づいて前記対応データの誤差を求め、所定値以上の誤差がある場合には再度対応データを求めることを特徴とする請求項６記載の回転角度検出装置。
【請求項８】
前記回転角度演算手段は、求めた回転角度に対応したパルス状の位置信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項６または７記載の回転角度検出装置
【請求項９】
前記第１の信号生成手段は、磁気信号を生成する磁性体から構成されていることを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載の回転角度検出装置。
【請求項１０】
前記第１の信号生成手段は複数に分割されて製作されていることを特徴とする請求項９記載の回転角度検出装置。
【請求項１１】
固定枠と、
この固定枠に対して回転可能に支持された回転枠と、
この回転枠に取り付けられたＸ線管と、
このＸ線管から出射され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記回転枠を回転駆動する回転駆動部と、
前記回転枠の回転による前記Ｘ線管の回転位置を検出する請求項１ないし１０の何れかに記載の回転角度検出装置と、
前記Ｘ線検出器の出力と前記回転枠の回転による前記Ｘ線管の回転位置とに基づいて前記被検体の断層画像データを再構成するコンピュータ部とを有するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転部の回転角度を検出する回転角度検出装置およびこれを用いたＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
固定部と回転部を有する回転装置において当該回転部の回転角度を検出する手段として光学式や磁気式のロータリエンコーダが用いられている。このロータリエンコーダは、信号生成手段により周方向に沿って周期的な光学的変化や磁気的変化を生成し、信号検出手段でその変化を検出することにより回転角度を検出するようになっている。
【０００３】
例えば磁気式のロータリエンコーダの一方式として、回転部に磁性体からなる検出歯車を取り付け、固定部にこの検出歯車に対向して磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を配置したものが供されている。この場合、磁気抵抗素子は、検出歯車の歯の凹凸による磁束密度の変化に応じてほぼ正弦波形を有する検出電圧を出力する。この検出原理によれば、検出歯車の径を大きくしてその歯数を増やすことにより、角度分解能の高い多パルス信号（Ａ相信号、Ｂ相信号）を容易に得ることができることになる。
【０００４】
しかし、実際に検出歯車の径を大きくして歯数を増やすと、磁気抵抗素子から出力される検出電圧に歪みが生じ、一定の回転速度で回転しているにもかかわらず検出電圧の周期に長短のばらつきが生じる現象が見られる。この周期のばらつきはそのまま角度誤差となる。また、１回転に多数のパルス信号を得るために上記検出電圧に対して逓倍処理を行う場合にも、周期にばらつきがあると適切な逓倍信号を得ることできなくなる。
【０００５】
加えて、磁気式のロータリエンコーダの角度精度は検出歯車の歯の加工精度に依存して決まるため、角度分解能および角度精度を高めるには多数の歯を精度良く加工しなければならず、その加工が難しくなるとともに製造コストの増大を招いていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的低精度の信号生成手段を用いた場合であっても回転角度を高精度に検出することができる回転角度検出装置およびこれを用いたＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した回転角度検出装置は、固定部と回転部を有する回転装置において当該回転部の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転部と固定部の何れか一方に固定され、前記回転部の円周方向に沿って周期的に変化する第１の信号を生成する第１の信号生成手段と、この第１の信号生成手段に対し前記回転部と固定部の何れか他方に固定され、前記第１の信号を検出する第１の信号検出手段と、前記回転部と固定部の何れか一方に固定され、前記回転部の円周方向に沿って前記第１の信号よりも角度精度が高い第２の信号を生成する第２の信号生成手段と、この第２の信号生成手段に対し前記回転部と固定部の何れか他方に固定され、前記第２の信号を検出する第２の信号検出手段と、前記回転部が一定の回転速度で回転している状態において、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号の各周期と前記第２の信号検出手段から出力される第２の検出信号の信号間隔とをそれぞれ測定し、前記第２の検出信号の信号間隔を基準時間として前記第１の検出信号の各周期の補正データを求め、以降は前記回転部が任意の回転速度で回転している状態において、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号の各周期を前記補正データを用いて補正し、この補正した周期に基づいて前記回転部の回転角度を求める回転角度演算手段とを有して構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、回転角度演算手段は、回転部が一定の回転速度で回転している状態で、角度精度の高い第２の検出信号の信号間隔を基準時間として、第１の検出信号の各周期をその基準時間に基づいて定められる周期に補正する補正データを求める（学習段階）。この補正データは、例えば記憶手段に記憶される。
回転角度演算手段は、上記補正データを求めた後実際に回転角度を検出する時  （検出段階）に、第１の検出信号の各周期を上記補正データを用いて補正する。
この補正によって、第１の信号（第１の検出信号）の各周期が上記基準時間に基づいて定められる周期に基準化されるので、その補正した周期に基づいて回転部の回転角度を求めれば、第２の信号（第２の検出信号）の信号間隔を基準とした高精度の回転角度が得られる。
【０００９】
このように本手段によれば、第１の検出信号は補正された上で用いられるため、第１の検出信号について繰り返し精度は必要であるが、角度精度は必要とされない。このため、第１の信号生成手段（従来構成において用いられていた信号生成手段）の精度例えば加工精度を比較的低く設定でき、製造コストを低減することができる。また、第１の検出信号に現れる歪みの影響も排除できる。一方、第２の検出信号には、回転角度検出装置に要求される角度精度に応じた高い精度が必要とされるが、基準時間を生成する作用を果たす上では多くの信号変化は必要ない。このため、新たに付加する第２の信号生成手段はその構成を簡単化でき、製造コストを低減することができる。
【００１０】
この場合、回転角度演算手段は、学習段階において、基準時間に基づいて第１の検出信号の基準周期を求め、この基準周期と第１の検出信号の各周期との比を補正データとすると良い（請求項２）。
この構成によれば、第１の信号の各周期が全て基準周期に等しい高精度の信号生成手段を用いた場合と同様の高精度の回転角度を得られる。
【００１１】
さらに、学習段階から検出段階に移行した後に、前記第１の検出信号の各周期と前記第２の検出信号の信号間隔とに基づいて補正データの誤差を求め、所定値以上の誤差がある場合には再度補正データを求めると良い（請求項３）。
この構成によれば、検出段階において、機械的状態、電気的状態、磁気的状態などに変化が生じるなどして補正データに誤差が生じても、所定値以上の誤差が生じた時点で補正データが再設定されるので、角度精度を常に所定値よりも高く維持できる。
【００１２】
なお、回転角度演算手段を、求めた回転角度に対応したパルス状の位置信号を生成するように構成しても良く（請求項４）、この場合、上記補正した周期を１／ｎ（ｎ≧２）に等分割することにより、第１の検出信号を逓倍した位置信号を生成するように構成しても良い（請求項５）。これにより、検出する回転角度の角度分解能をより高めることができる。
【００１３】
ところで、上記目的を達成するためには、請求項６に記載した手段を用いることができる。この回転角度検出装置は、回転部の円周方向に沿って連続的に変化する第１の信号を生成する第１の信号生成手段と、請求項１記載の回転角度検出装置と同様の第１の信号検出手段、第２の信号生成手段および第２の信号検出手段とを備えるとともに、前記回転部が一定の回転速度で回転している状態において、前記第２の信号検出手段から出力される第２の検出信号の信号間隔に基づいて回転角度データを生成するとともに、前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号と前記回転角度データとの対応データを生成し、以降は前記回転部が任意の回転速度で回転している状態において、前記対応データを参照することにより前記第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号に対応した回転角度を求める回転角度演算手段を有して構成されている。
【００１４】
この構成によれば、回転角度演算手段は、回転部が一定の回転速度で回転している状態で、角度精度の高い第２の検出信号の信号間隔に基づいて回転角度データを生成する。この回転角度データは、上記信号間隔の間に所定角度だけ一定割合で増加または減少するデータである。そして、第１の検出信号と回転角度データとを対応させた対応データを生成する（学習段階）。この対応データは、角度精度が高く、例えば記憶手段に記憶される。回転角度演算手段は、上記補正データを求めた後、実際に回転角度を検出する時（検出段階）に、第１の信号検出手段から出力される第１の検出信号と上記対応データ内の第１の検出信号との対応を図り、その対応点に応じた回転角度を求める。従って、ここで求める回転角度は対応データと同様に高精度となる。
【００１５】
このように、本手段によれば第１の検出信号は対応データを介して回転角度と関係付けられるため、第１の検出信号について繰り返し精度は必要であるが、連続的に変化するものであれば角度精度は必要とされない。このため、第１の信号生成手段の精度例えば加工精度を比較的低く設定でき、製造コストを低減することができる。また、第２の信号生成手段についても、請求項１記載の発明と同様に構成を簡単化でき、製造コストを低減することができる。
【００１６】
この場合、学習段階から検出段階に移行した後に、前記対応データの誤差を求め、所定値以上の誤差がある場合には再度対応データを求めると良い（請求項７）。
この構成によれば、請求項３記載の発明と同様の作用、効果が得られる。
なお、回転角度演算手段を、求めた回転角度に対応したパルス状の位置信号を生成するように構成しても良い（請求項８）。
【００１７】
以上の各場合において、第１の信号生成手段を、磁気信号を生成する磁性体から構成し（請求項９）、さらに、この磁性体を複数に分割して製作しても良い  （請求項１０）。分割することにより第１の信号の角度精度は低下するが、上述したようにこの精度低下は第２の信号を用いて補償されるようになっているため回転角度検出装置の検出精度を高く維持できる。また、分割することにより、磁性体からなる第１の信号生成手段の製作が容易となり、一層のコスト低減が図られる。
【００１８】
以上説明した回転角度検出装置をＸ線コンピュータ断層撮影装置に適用すれば（請求項１１）、回転角度検出装置のコストを低く抑えつつ、断層画像の再構成処理を行う場合において必要となる極めて高精度の回転角度（Ｘ線管の回転位置）の検出が可能となる。また、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の回転枠は慣性モーメントが大きいので、学習段階での回転速度の変動が極めて小さくなり、より精度の高い補正データ、対応データが得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明をＸ線コンピュータ断層撮影装置に適用した第１の実施形態について図１ないし図７を参照しながら説明する。
図３はＸ線コンピュータ断層撮影装置の側面図であり、図４は図３において矢印Ａ方向から見た正面図である。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置１（以下、Ｘ線ＣＴ装置１と称す）は、Ｘ線管２とＸ線検出器３とが一体となって被検者Ｐの周囲を回転する回転／回転方式を採用しており、被検者Ｐの周囲１周（約３６０°）分の投影データセットから１枚の断層画像を再構成する装置である。
【００２０】
一種の回転装置としてのＸ線ＣＴ装置１は、架台部４と被検者Ｐが横たわる寝台５とを備えている。架台部４は、固定枠６（固定部に相当）とこの固定枠６のに回転可能に支持されたほぼ円環形状の回転枠７（回転部に相当）とから構成されている。このうち回転枠７には、例えばコーンビーム形でＸ線を曝射するタイプのＸ線管２と例えばマルチスライス形のＸ線検出器３とが、寝台５上の被検者Ｐを挟んで対向する位置関係で搭載されている。
【００２１】
また、図示しないが、回転枠７には永久磁石と円環形状のロータヨークコイルとが取り付けられており、固定枠６にはコイルが取り付けられている。これらにより、回転枠７を回転駆動するダイレクトドライブモータＤＭ（回転駆動部に相当、図２参照）が構成されている。さらに、回転枠７には、Ｘ線検出器３から出力される電流信号を電圧信号に変換するＩ−Ｖ変換器、この電圧信号を周期的に積分する積分器、この積分器の出力信号を増幅するアンプ、このアンプの出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ等からなるデータ収集システムを収納するボックスや、Ｘ線管２への電力供給および信号送受信のためのスリップリング機構が回転バランスをとって配設されている。
【００２２】
ダイレクトドライブモータＤＭの速度制御、回転枠７の停止位置制御、断層画像の再構成処理などを行うためには、回転枠７の回転角度（つまりＸ線管２の回転位置）の検出が必要である。特に断層画像の再構成処理には極めて高精度の回転角度が必要とされる。このため、Ｘ線ＣＴ装置１には、磁気抵抗方式による第１の信号生成手段と信号検出手段に加え、光学方式による第２の信号生成手段と信号検出手段を備えている。
【００２３】
すなわち、図５に示すように、回転枠７の先端面には磁性体（例えば鉄）からなる円環状の検出歯車８が取り付けられている。検出歯車８の外周側には例えばＤ個（本実施形態では４３２個）の同一形状の歯８ａ（第１の信号生成手段に相当）が一定間隔に形成されており、内周面には細溝をなす１つのスリット８ｂ  （第２の信号生成手段に相当）が形成されている。本実施形態では、後述するように検出歯車８の歯８ａに関する加工精度は低くても良く、そのような低精度であっても極めて高精度の回転角度を検出することができるようになっている。
【００２４】
一方、図３、図４に示すように、固定枠６には検出歯車８の歯先から所定距離を隔てて歯８ａに対向するように磁気抵抗式センサ９（第１の信号検出手段に相当）が取り付けられているとともに、検出歯車８の内周面から所定距離を隔ててスリット８ｂに対向するように光学式センサ１０（第２の信号検出手段に相当）が取り付けられている。
【００２５】
磁気抵抗式センサ９は、検出歯車８の周方向の向きに所定間隔を持って並設された２つの磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に磁気バイアスを与えるための永久磁石（何れも図示せず）とから構成されている。２つの磁気抵抗素子は、所定の直流電位とグランド電位との間に直列に接続されており、磁気抵抗素子同士の接続点から検出信号Ｓ１（第１の検出信号に相当）が出力されるようになっている。この検出信号Ｓ１の電圧振幅は、歯８ａと磁気抵抗素子との相対的な位置関係によって変化し、回転枠７が回転している状態ではほぼ正弦波形となる。
【００２６】
光学式センサ１０は、円環状の検出歯車８の内周面に対し光を照射する発光素子と、その内周面からの反射光を受光して電気的な検出信号Ｓ２（第２の検出信号に相当）を出力する受光素子とから構成されている。この検出信号Ｓ２は、ディジタル信号であって、回転枠７の回転に伴って光学式センサ１０とスリット８ｂとが対向した時にのみＨレベルとなる。
【００２７】
さて、図２は、検出信号Ｓ１とＳ２の処理回路に係る概略的な電気的構成を示している。磁気抵抗式センサ９からの検出信号Ｓ１は、エンコーダ１１とパルス生成回路１２とに入力され、光学式センサ１０からの検出信号Ｓ２は、パルス生成回路１２に入力されている。
【００２８】
このうちエンコーダ１１は、正弦波状の検出信号Ｓ１からこれと同じ周波数  （１回転につき４３２パルス）のパルス信号Ｓ３を生成し、これをダイレクトドライブモータＤＭを駆動するモータコントローラ１３（回転駆動部に相当）に出力するようになっている。エンコーダ１１は、入出力信号間の遅れがほとんどないが、検出信号Ｓ１の波形歪みや検出歯車８の歯８ａの加工精度の影響を受けるため、回転角度について高精度を得にくい。このため、検出遅れが小さい特性を活かして、モータコントローラ１３によるダイレクトドライブモータＤＭのフィードバック制御に用いている。
【００２９】
一方、パルス生成回路１２（回転角度演算手段に相当）は、検出信号Ｓ１とＳ２とに基づいて極めて高精度の２相の位置信号ＳＡ、ＳＢを生成し、これを断層画像を再構成する画像再構成プロセッサ１４（コンピュータ部に相当）に出力するようになっている。位置信号ＳＡ、ＳＢは検出信号Ｓ１に対し２５逓倍されており、１回転につき１０８００パルスのパルス信号である。なお、画像再構成プロセッサ１４は、投影データに対してチャンネル間における感度不均一の補正等の前処理を実行する前処理部、この前処理部で補正された投影データに基づいて断層画像データを再構成する再構成部、断層画像データを表示するディスプレイ装置、ユーザインストラクションを入力するための入力装置、架台部４のスキャン動作を制御するスキャンコントローラ等を備えている。
【００３０】
図１は、このパルス生成回路１２の電気的構成をブロック図として示したものである。二点鎖線で囲まれた部分は、ＤＳＰなどのプロセッサによってソフトウェア処理されているが、ハードウェアにより構成しても良い。
ゼロクロス点検出回路１５は、検出信号Ｓ１のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス検出信号Ｓ４を出力するようになっている。このゼロクロス検出信号Ｓ４は、検出信号Ｓ１が低電位側から高電位側へと変化する時のゼロクロス点でＬレベルからＨレベルに変化し、高電位側から低電位側へと変化する時のゼロクロス点でＨレベルからＬレベルに変化する。
【００３１】
周期測定タイマ１６は、クロック発生回路１７で生成される基準クロック信号Ｓ５を用いてゼロクロス検出信号Ｓ４の各周期を測定し、その検出周期Ｔｎ（ｎ＝１、２、…、４３２）を順次出力するようになっている。
【００３２】
スイッチ手段１８は、この出力された検出周期Ｔｎを補正係数演算手段１９または補正周期演算手段２０の何れか一方に与えるための選択手段であって、後述するように学習段階においては補正係数演算手段１９側（図１に示すａ側）に切り替えられ、検出段階においては補正周期演算手段２０側（図１に示すｂ側）に切り替えられるようになっている。
【００３３】
補正周期演算手段２０、除算手段２１、遅延手段２２およびパルス発生手段２３は検出段階において動作するものである。このうち補正周期演算手段２０は、検出信号Ｓ２、検出周期Ｔｎおよび補正係数Ｋｎ（ｎ＝１、２、…、４３２）を入力し、検出周期Ｔｎを補正係数Ｋｎで補正した補正周期Ｔｒｎ（ｎ＝１、２、…、４３２）を演算するようになっている。また、除算手段２１、遅延手段２２およびパルス発生手段２３は、逓倍された位置信号ＳＡ、ＳＢを生成するものである。
【００３４】
一方、間隔測定タイマ２４、基準周期演算手段２５および補正係数演算手段１９は学習段階において動作するもので、このうち間隔測定タイマ２４は、基準クロック信号Ｓ５を用いて検出信号Ｓ２のパルス間隔Ｔｐ（基準時間に相当）を測定し出力するようになっている。また、基準周期演算手段２５はパルス間隔Ｔｐに基づいて基準周期Ｔｒを演算し、補正係数演算手段１９は基準周期Ｔｒと検出周期Ｔｎとに基づいて各周期ごとの補正係数Ｋｎ（補正データに相当）を演算するようになっている。記憶手段２６は、学習段階において演算された補正係数Ｋｎを記憶する不揮発性メモリである。
【００３５】
なお、本発明でいう回転角度検出装置は、上述した検出歯車８（歯８ａ、スリット８ｂ）、磁気抵抗式センサ９、光学式センサ１０およびパルス生成回路１２から構成されている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用について図６および図７も参照しながら説明する。
被検者Ｐの断層撮影を行う場合、Ｘ線ＣＴ装置１は、寝台５に被検者Ｐが横たわっている状態で回転枠７を回転させながらＸ線管２からＸ線を曝射し、Ｘ線検出器３によりその投影量を検出する。そして、被検者Ｐの周囲１周分の投影データに基づいて断層画像の再構成を行う。上述したように、この断層画像の再構成には回転枠７の回転角度（Ｘ線管２の回転位置）を示す高精度の位置信号ＳＡ、ＳＢが必要となる。
【００３７】
検出歯車８の歯数Ｄ（＝４３２）は決まっているため、磁気抵抗式センサ９から出力される検出信号Ｓ１の各周期Ｔｎに相当する回転角度Δθｎは、ほぼ３６０°／Ｄとなっている。しかし、検出歯車８の歯８ａには加工ばらつきがあり、また検出歯車８の径が大きくなるほど検出信号Ｓ１の歪みが大きくなるため、上記回転角度Δθｎも歯８ａごとにばらついてしまう。従って、検出信号Ｓ１のみを用いて得た位置信号ＳＡ、ＳＢには、上記加工ばらつきや波形歪みに相当する誤差が生じる。
【００３８】
そこで、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１は、断層撮影に先立って検出歯車８の各歯８ａごとの上記回転角度Δθｎ（実際には後述する補正係数Ｋｎ）を学習し（学習段階）、断層撮影を行う場合にはその学習結果に基づいて回転角度の検出を行う（検出段階）。以下、学習段階と検出段階とについてそれぞれ説明する。
【００３９】
［学習段階］
まず、モータコントローラ１３がダイレクトドライブモータＤＭをフィードバック制御して、回転枠７を比較的高い一定の回転速度例えば１２０ｒｐｍ（もしくはそれ以上）で回転させる。回転枠７はイナーシャが大きく、計算によれば１２０ｒｐｍで回転中に駆動トルクが０になった場合でも約０．８％の回転むらしか生じない。このことは、回転枠７が１２０ｒｐｍで回転中には、１回転につき１パルスだけ出力される光学式センサ１０の検出信号Ｓ２のパルス間隔Ｔｐと、検出信号Ｓ２のパルスからの経過時間とに基づいて回転角度を０．８％以下の誤差で求めることができることを意味している。実際には、モータコントローラ１３がダイレクトドライブモータＤＭを定速駆動するため、角度精度はさらに高くなる。
【００４０】
この定速回転状態において、間隔測定タイマ２４は基準クロック信号Ｓ５を用いて検出信号Ｓ２のパルス間隔Ｔｐを測定し、基準周期演算手段２５は次の（１）式に基づいて基準周期Ｔｒを算出する。この基準周期Ｔｒは、歯８ａが等間隔に形成された理想的な検出歯車８を用いるとともに検出信号Ｓ１に歪みが存在しない場合、つまり上記回転角度Δθｎに歯８ａごとのばらつきが存在しない場合において周期測定タイマ１６が出力する検出周期Ｔｎに等しい。
Ｔｒ＝Ｔｐ／Ｄ                                          …（１）
【００４１】
スイッチ手段１８はａ側に切り替えられており、補正係数演算手段１９は、基準周期Ｔｒと周期測定タイマ１６が出力する検出周期Ｔｎとを入力し、次の（２）式に従って各周期ごとの補正係数Ｋｎを算出する。得られた補正係数Ｋｎは、記憶手段２６に記憶される。
Ｋｎ＝Ｔｒ／Ｔｎ                                        …（２）
【００４２】
なお、検出歯車８の歯８ａの加工ばらつきは検出歯車８を交換しない限り変化せず、検出信号Ｓ１の波形歪みも検出歯車８や磁気抵抗式センサ９を交換しない限り変化しにくい（繰り返し精度が高い）と考えられる。従って、交換補正係数Ｋｎの算出（学習段階）は断層撮影のたびに行う必要はない。
【００４３】
［検出段階］
実際に被検者Ｐの断層撮影を行う場合、ダイレクトドライブモータＤＭ（回転枠７）はモータコントローラ１３により様々な回転速度で回転駆動され、これに伴って断層画像の構成に必要となる投影データが収集される。この場合、スイッチ手段１８はｂ側に切り替えられている。
【００４４】
図６は、この検出段階における各信号波形を示している。周期測定タイマ１６は、ゼロクロス検出信号Ｓ４の各周期Ｔｎを測定し、補正周期演算手段２０は、その周期Ｔｎと補正係数Ｋｎを用いて次の（３）式に従って補正周期Ｔｒｎを演算する。
Ｔｒｎ＝Ｔｎ×Ｋｎ                                      …（３）
【００４５】
補正係数Ｋｎにより補正された補正周期Ｔｒｎは、歯８ａが等間隔に形成された理想的な検出歯車８を用いるとともに検出信号Ｓ１に歪みが存在しない場合に周期測定タイマ１６が出力する検出周期Ｔｎに等しくなる。従って、検出周期Ｔｎに替えて補正周期Ｔｒｎを用いることは、実質的に上記理想的な検出歯車８を用い且つ波形歪みを除去したことと等価となる。
【００４６】
周期が補正されたゼロクロス検出信号Ｓ４を逓倍するため、除算手段２１は次の（４）式に従って各補正周期Ｔｒｎごとに時間Ｔｃｎを算出する。ここで、ｍｐは、ゼロクロス検出信号Ｓ４（検出信号Ｓ１）に対する位置信号ＳＡ、ＳＢの逓倍係数であり、本実施形態では２５としている。
Ｔｃｎ＝Ｔｒｎ／（４×ｍｐ）                            …（４）
【００４７】
遅延手段２２は、検出信号Ｓ１の出力から位置信号ＳＡ、ＳＢの出力までの時間遅れが所定時間例えば２周期となるように出力タイミングを調整する。例えば、検出信号Ｓ２が出力された後の検出信号Ｓ１の最初の検出周期Ｔ１は、（３）式により補正された後、検出周期Ｔ１の開始時点から２周期後に出力される位置信号ＳＡ、ＳＢに反映されることとなる。
【００４８】
パルス発生手段２３は、図７に示すように、時間Ｔｃｎを用いて補正周期Ｔｒｎの１／ｍｐの周期（ｍｐ倍の周波数）を持つ位置信号ＳＡ、ＳＢを生成する。位置信号ＳＡは位置信号ＳＢに対し９０°の進み位相となっている。
【００４９】
なお、上述の説明から分かるように、ゼロクロス検出信号Ｓ４の周期測定が必要であるため、検出周期Ｔｎと位置信号ＳＡ、ＳＢとの間には例えば２周期程度の遅れが発生する。しかし、回転枠７のイナーシャは非常に大きく、ダイレクトドライブモータＤＭのトルク変動は十分に小さいため、２周期程度の遅れによる回転角度のずれは極めて小さくなり実質的な誤差は生じない。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１は、回転枠７の回転角度を検出するために回転枠７に円環状の検出歯車８を取り付け、その歯８ａの位置を固定枠６に取り付けた磁気抵抗式センサ９により検出するとともに、検出歯車８の内周面に１箇所設けられたスリット８ｂの位置を固定枠６に取り付けた光学式センサ１０により検出する構成とした。この構成によれば、光学式センサ１０から出力される検出信号Ｓ２は、回転枠７が正確に３６０°回転するごとにＨレベルとなるパルス信号となる。
【００５１】
断層撮影に先立つ学習段階において、回転枠７を定速回転させて検出信号Ｓ１の各周期Ｔｎと検出信号Ｓ２のパルス間隔Ｔｐとを測定し、そのパルス間隔Ｔｐを歯数Ｄで除して得た基準周期Ｔｒと各周期Ｔｎとの比である補正係数Ｋｎを算出し記憶手段２６に記憶する構成とした。これにより、補正係数Ｋｎは、加工ばらつきを持つ検出歯車８を用いた場合あるいは検出信号Ｓ１の波形が歪んでいる場合の検出周期Ｔｎを、加工ばらつきのない理想的な検出歯車８を用い且つ検出信号Ｓ１に歪みがない場合の基準周期Ｔｒに補正する補正データとなる。
【００５２】
この場合、記憶手段２６には歯数Ｄに等しい数の補正係数Ｋｎを記憶すれば良いので、記憶手段２６の記憶容量を比較的小さくできる。また、学習段階における定速回転数を１２０ｒｐｍまたはそれ以上に設定したので、回転むらを低減でき、より精度の高い補正係数Ｋｎを得られる。
【００５３】
そして、断層撮影を行う検出段階において、検出信号Ｓ１の各周期Ｔｎを補正係数Ｋｎにより補正した上で用いる構成としたので、各周期Ｔｎが基準周期Ｔｒ（つまり正確に３６０°に対応するパルス間隔Ｔｐ）に基づいて基準化されることとなり、高精度の回転角度を得ることができる。
【００５４】
このように検出信号Ｓ１について繰り返し精度は必要となるが角度精度は必要とならない。このため、検出歯車８の歯８ａの加工精度を比較的低く設定でき、製造コストを下げることができる。また、検出信号Ｓ１の波形歪みによる影響を受けないため、検出歯車８の径を大きくすることができる。さらに、検出信号Ｓ２には、断層画像を再構成する上で要求される角度精度に応じた高い精度が必要とされるが、スリット８ｂは１つだけ設けられているので、パルス間隔Ｔｐは正確に３６０°に対応することとなり容易に高い精度を得られる。
【００５５】
なお、画像再構成プロセッサ１４に与えられる位置信号ＳＡ、ＳＢは、補正周期Ｔｒｎからなる信号を２５逓倍した信号であるため、より高い角度分解能を得られる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明をＸ線コンピュータ断層撮影装置に適用した第２の実施形態について図８ないし図１０を参照しながら説明する。
本実施形態は、第１の実施形態に対しパルス生成回路の構成を異にしている。
その他の構成例えば固定枠６、回転枠７、検出歯車８、磁気抵抗式センサ９、光学式センサ１０、エンコーダ１１、モータコントローラ１３、画像再構成プロセッサ１４などは第１の実施形態と同じ構成である。
【００５７】
図８は、パルス生成回路２７の電気的構成をブロック図として示したものである。二点鎖線で囲まれた部分は、ＤＳＰなどのプロセッサによってソフトウェア処理されているが、ハードウェアにより構成しても良い。
磁気抵抗式センサ９から出力される検出信号Ｓ１は、図示しないＡ／Ｄコンバータによってディジタル値に変換される。スイッチ手段２８は、このディジタル化された検出信号Ｓ１を記憶手段２９または角度決定手段３０の何れか一方に与えるための選択手段であって、後述するように学習段階においては記憶手段２９側（図８に示すａ側）に切り替えられ、検出段階においては角度決定手段３０側（図８に示すｂ側）に切り替えられるようになっている。
【００５８】
カウンタ３１は学習段階において動作するもので、検出信号Ｓ２がＨレベルとなった時点から、クロック発生回路３２で生成される基準クロック信号Ｓ６のカウントを開始し、そのカウント値Ｎｃ（回転角度データに相当）を記憶手段２９に出力するようになっている。記憶手段２９は、ディジタル化された検出信号Ｓ１をカウント値Ｎｃと対応付けながら記憶する不揮発性メモリである。
【００５９】
角度決定手段３０とパルス発生手段３３は検出段階において動作するもので、このうち角度決定手段３０は、検出信号Ｓ２がＨレベルとなった時点を基準として、検出信号Ｓ１のディジタル値（以下、レベルと称す）に対応するカウント値Ｎｄを記憶手段２９から読み出すようになっている。また、パルス発生手段３３は、角度決定手段３０で決定された回転角度θｍに基づいて逓倍された位置信号ＳＡ、ＳＢを生成するようになっている。
【００６０】
次に、本実施形態の作用について図９および図１０も参照しながら説明する。
本実施形態においても、検出歯車８の歯８ａの持つ加工ばらつきや検出信号Ｓ１の歪みの影響を排除するため、学習段階を経た後に実際の断層撮影である検出段階に移行する。
【００６１】
［学習段階］
まず、モータコントローラ１３がダイレクトドライブモータＤＭをフィードバック制御して、回転枠７を比較的高い一定の回転速度例えば１２０ｒｐｍ（もしくはそれ以上）で回転させる。この定速回転状態において、カウンタ３１は、図９に示すように検出信号Ｓ２がＨレベルとなった時点から基準クロック信号Ｓ６のカウントを開始する。カウント値Ｎｃは一定割合で増加し、次に検出信号Ｓ２がＨレベルとなった時点で一旦０にクリアされる。このカウント値Ｎｃは、回転角度に比例する高精度の角度情報となる。ディジタル化された検出信号Ｓ１とカウント値Ｎｃとからなる対応データは、所定のサンプリング周期で記憶手段２９に記憶される。
【００６２】
［検出段階］
実際に被検者Ｐの断層撮影を行う場合、ダイレクトドライブモータＤＭ（回転枠７）はモータコントローラ１３により様々な回転速度で回転駆動され、これに伴って断層画像の再構成に必要となる投影データが収集される。この場合、スイッチ手段２８はｂ側に切り替えられている。
【００６３】
図１０は、検出信号Ｓ１のレベルＶｍから回転角度θｍを決定する方法を示している。学習段階ではＸh-1 （Ｖh-1 、θh-1 ）、Ｘh （Ｖh 、θh ）、Ｘh+1 （Ｖh+1 、θh+1 ）、Ｘh+2 （Ｖh+2 、θh+2 ）、…などの対応データが記憶される。検出段階において検出信号Ｓ１のレベルがＶｍである場合、角度決定手段３０は記憶手段２９に記憶されている対応データを参照しつつそのレベルＶｍに対応した回転角度θｍを決定する。
【００６４】
レベルＶｍを含む対応データが存在しない場合には、そのレベルＶｍを挟み込む２つのデータＸh （Ｖh 、θh ）、Ｘh+1 （Ｖh+1 、θh+1 ）を用いて次の  （５）式で示す近似計算を行う。
0003696155.tif 000002
パルス発生手段３３は、角度決定手段３０により決定された角度θｍに基づいて位置信号ＳＡ、ＳＢを生成し、それを画像再構成プロセッサ１４に与える。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、断層撮影に先立つ学習段階において、回転枠７を定速回転させて角度情報であるカウント値Ｎｃを生成するとともに、検出信号Ｓ１のレベルとカウント値Ｎｃとの対応データを記憶手段２９に記憶する構成とした。この対応データにより、検出信号Ｓ１のレベルに対応した回転角度が極めて高精度に定まる。また、上述したように、回転枠７の回転に伴って磁気抵抗式センサ９から出力される検出信号Ｓ１のレベルは、繰り返し精度が非常に高い。
【００６６】
従って、断層撮影を行う検出段階において、記憶手段２９に記憶された対応データを参照しつつ検出信号Ｓ１のレベルに対応した回転角度を決定すれば、非常に高精度の回転角度を得ることができる。これにより、検出歯車８の歯８ａの加工精度を低く設定でき歯数Ｄも低減できるので、製造コストを下げることができる。また、検出信号Ｓ２についても第１の実施形態と同様に容易に高い精度を得られる。
【００６７】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形あるいは拡大が可能である。
各実施形態において、検出歯車８を固定枠６に取り付け、磁気抵抗式センサ９および光学式センサ１０を回転枠７に取り付ける構成としても良い。また、磁気抵抗式センサ９と光学式センサ１０を、それぞれ固定枠６と回転枠７あるいは回転枠７と固定枠６に取り付ける構成としても良い。
検出歯車８にスリット８ｂを複数個設けても良い。この場合、スリット８ｂの角度間隔には、回転角度検出装置に要求される角度精度に応じた精度が必要とされる。
【００６８】
第１、第２の信号生成手段は検出歯車８（歯８ａ、スリット８ｂ）に限られない。第１の実施形態における第１の信号生成手段は、円周方向に沿って周期的に変化する信号を生成するものであれば良く、第２の実施形態における第１の信号生成手段は、連続的に変化する信号を生成するものであれば良い。第１、第２の信号検出手段には、第１、第２の信号生成手段で生成される第１、第２の信号を繰り返し精度良く検出できるものを使用すれば良い。例えば、円環状の板、円板など（磁性体に限らない）に対しプレス加工（打ち抜き）を行い、周方向に一定間隔で一定寸法の孔部を設けたものを第１の信号生成手段としても良い。この場合の第１の信号検出手段には、発光素子と受光素子とからなる透過式の光学式センサを用いると良い。
【００６９】
各実施形態において、検出歯車８は複数に分割されて製作されていても良い。
分割や上述した打ち抜き加工を用いると第１の検出信号の角度精度が低下するが、この精度低下は第２の検出信号を用いて補償されるようになっているため位置信号ＳＡ、ＳＢの角度精度を高く維持できる。また、分割や打ち抜き加工を用いることにより製作が容易となり、一層のコスト低減が図られる。
【００７０】
第１の実施形態において、スイッチ手段１８を除いて検出周期Ｔｎを補正係数演算手段１９と補正周期演算手段２０とに与え、断層撮影を行う検出段階において回転枠７が例えば１２０ｒｐｍで定速回転している時に、補正係数演算手段１９が補正係数Ｋｎを演算するように構成しても良い。そして、演算された補正係数Ｋｎと記憶手段２６に記憶されている補正係数Ｋｎとが所定値以上異なる場合には、記憶されている補正係数Ｋｎを演算された補正係数Ｋｎで置き換えたり、再度学習段階に移行するようにしても良い。
この構成によれば、検出段階において、機械的状態、電気的状態、磁気的状態などに変化が生じるなどして補正係数Ｋｎに誤差が生じても、所定値以上の誤差が生じた時点で補正係数Ｋｎが再設定されるので、角度精度を常に所定値よりも高く維持できる。
【００７１】
また、第２の実施形態において、スイッチ手段２８を除いて検出信号Ｓ１を記憶手段２９と角度決定手段３０とに与え、断層撮影を行う検出段階において回転枠７が例えば１２０ｒｐｍで定速回転している時に、検出信号Ｓ１とカウント値Ｎｃとの対応データと記憶手段２９に記憶されている対応データとの誤差を求めるように構成しても良い。そして、所定値以上の誤差がある場合には再度対応データを求めるように構成すると良い。この構成によれば、角度精度を常に所定値よりも高く維持できる。
【００７２】
各実施形態において逓倍処理は必要に応じて行えば良い。
各実施形態で説明した回転角度検出装置は、Ｘ線ＣＴ装置に限らず、固定部と回転部を有する他の回転装置に対しても適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の回転角度検出装置によれば、第１の検出信号の各周期が第２の検出信号の信号間隔に基づいて定められる基準周期に補正されるので、その補正された周期に基づいて回転部の回転角度を求めることにより、第２の検出信号の信号間隔を基準とした高精度の回転角度が得られる。
また、請求項６記載の回転角度検出装置によれば、第１の検出信号と回転角度データとを正確に対応させた対応データが得られるので、その対応データを参照することにより第１の検出信号から高精度の回転角度が得られる。
その結果、第１の信号生成手段の精度例えば加工精度を比較的低く設定でき、製造コストを低減することができる。また、第２の検出信号には、要求される角度精度に応じた比較的高い精度が必要とされるが、多くの信号変化は必要でないため、構成を簡単化でき製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すパルス生成回路の電気的構成図
【図２】検出信号Ｓ１とＳ２の処理回路に係る概略的な電気的構成図
【図３】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の側面図
【図４】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の正面図
【図５】検出歯車の取り付け態様を示す斜視図
【図６】検出段階における各信号波形を示す図
【図７】位置信号ＳＡ、ＳＢの詳細図
【図８】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図９】学習段階における各信号波形を示す図
【図１０】検出段階において検出信号Ｓ１のレベルＶｍから回転角度θｍを決定する方法を示す図
【符号の説明】
１はＸ線コンピュータ断層撮影装置（回転装置）、２はＸ線管、３はＸ線検出器、６は固定枠（固定部）、７は回転枠（回転部）、８ａは歯（第１の信号生成手段）、８ｂはスリット（第２の信号生成手段）、９は磁気抵抗式センサ（第１の信号検出手段）、１０は光学式センサ（第２の信号検出手段）、１２、２７はパルス生成回路（回転角度演算手段）、１４は画像再構成プロセッサ（コンピュータ部）、ＤＭはダイレクトドライブモータ（回転駆動部）である。
【図１】
0003696155.tif 000003
【図２】
0003696155.tif 000004
【図３】
0003696155.tif 000005
【図４】
0003696155.tif 000006
【図５】
0003696155.tif 000007
【図６】
0003696155.tif 000008
【図７】
0003696155.tif 000009
【図８】
0003696155.tif 000010
【図９】
0003696155.tif 000011
【図１０】
0003696155.tif 000012