(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サポート手段に対して、回転軸周りに回転可能となるように相対的に取付けられて、（ａ）前記回転軸に対して垂直な回転面と（ｂ）前記回転面の内部に配置される幾何学的中心とを定義する回転可能な装置と共に用いられ、前記回転装置の回転パラメータの関数としてのシステム機能を制御するための測定および制御システムであって、
Ａ．前記幾何学的中心と、ほぼ同心の既知の曲率半径の円弧に沿って互いに角度的に隔てられているように分配されていて、前記サポート手段に対して相対的に固定されている整数Ｎ個のインターバル・マーカーと、
Ｂ．前記回転軸の回りに前記回転可能な装置が回転する際に、前記幾何学的中心の回りに少なくとも２つの異なる角度感知位置において前記マーカーを感知するための、前記回転可能な装置に対して相対的に固定されている感知手段と、
Ｃ．最後のマーカーが前記角度感知位置のそれぞれにおいて感知されてからの測定された経過時間および前記角度感知位置における前記マーカーの感知の関数として１つまたはそれ以上の前記パラメータを測定するための手段と、
Ｄ．前記回転パラメータのうちの少なくとも１つの関数として、前記システム機能の少なくとも１つを制御するための手段とを含むシステム。
【請求項２】
前記回転パラメータが、前記回転装置の角度位置、前記回転装置の角速度および前記回転装置の角加速度から構成されているグループから選択される請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記インターバル・マーカーは、前記円弧に沿って配置されている実質的に堅いフェンスの中に配置されているＮ個のアパーチャを含み、前記感知手段は送信手段および受信手段を含み、前記送信手段は送信される信号を前記受信手段に対して向け、そして前記堅いフェンスは、前記送信手段を前記受信手段から隔離し、前記回転可能な装置が前記回転軸の回りに回転する際に、前記送信信号が前記フェンスの中の前記アパーチャによって通されることと、前記フェンスによってブロックされることが交互に行われる請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記感知手段が第１の感知位置に置かれている第１のセンサと、前記第１の感知位置とは正反対の側の第２の感知位置に置かれている第２のセンサと、前記第１の感知位置の指示とは独立な指示を提供するように、前記第１のセンサに対して実質的に隣接した場所にある第３のセンサとを含む請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記回転パラメータが角度位置を含み、そして測定のための前記手段が、カウンタ要素を含み、前記カウンタ要素は１からＮまでのすべてのｊについて、ｊ番目のインターバル・マーカーに対して、
Ａ．前記第１のセンサが、基準のインターバル・マーカーを感知した時から、前記第１のセンサが前記ｊ番目のインターバル・マーカーを感知した時までとして定義される一次のｊ番目の時間経過を測定し、
Ｂ．前記第２のセンサが前記基準インターバル・マーカーを感知してから、前記第２のセンサが前記ｊ番目のインターバル・マーカーを感知した時までの時間として定義される二次のｊ番目の時間経過を測定し、
Ｃ．前記一次のｊ番目の時間経過および前記二次のｊ番目の時間経過を平均して、前記回転装置の角速度の変動の影響を緩和するように校正されたインターバル位置を定義する平均のｊ番目の時間経過を発生する請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記アパーチャがほぼ長方形の形を有する請求項３記載のシステム。
【請求項７】
前記送信手段が発光手段を含み、前記受信手段が光を受信するための手段を含み、前記受信された光の少なくとも１つの特性の関数として感知信号を発生する請求項３記載のシステム。
【請求項８】
前記特性が光の強度を含む請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記発光手段が発光ダイオードを含み、前記受信手段がフォト・トランジスタを含む請求項３記載のシステム。
【請求項１０】
前記送信手段が、電磁信号を送信するための手段を含み、前記受信手段が前記受信された電磁信号の特性の１つの関数として感知信号を発生するための手段を含む請求項３記載のシステム。
【請求項１１】
前記送信手段が、音声放射手段を含み、そして前記受信手段が音声を受信し、前記受信された音声の少なくとも１つの特性の関数として感知信号を発生する請求項３記載のシステム。
【請求項１２】
前記システム機能が整規化された電圧出力を含み、そして前記制御のための手段が１つの変調関数によって前記整規化された出力を変調するための変調要素を含む請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記変調関数が、ＰＷＭの正弦波、ＰＷＭ［ｓｉｎ（ｘ）＋ｓｉｎ（３ｘ）／６］，ＰＷＭの任意の波形およびアナログの任意の波形から構成されているグループから選択される請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
サポート手段に対して、回転軸周りに回転可能となるように相対的に取付けられて、（ａ）前記回転軸に対して垂直な回転面と（ｂ）前記回転面の内部に配置される幾何学的中心とを定義する回転可能な走査装置と共に用いられ、前記走査装置の周辺に固定的に取り付けられている放射線のソースと、前記走査装置の周辺において、前記放射線のソースの正反対の側に固定的に取り付けられている検出器アレイとを有する前記回転可能な走査装置において、前記装置の回転パラメータの関数としてシステム機能を制御するための測定および制御システムであって、
Ａ．前記幾何学的中心と、ほぼ同心の既知の曲率半径の円弧に沿って互いに角度的に隔てられているように分配されていて、前記サポート手段に対して相対的に固定されている整数Ｎ個のインターバル・マーカーと、
Ｂ．前記回転軸の回りに前記回転可能な装置が回転する際に、前記幾何学的中心の回りに少なくとも２つの異なる角度感知位置において前記マーカーを感知するための、前記回転可能な装置に対して相対的に固定されている感知手段と、
Ｃ．最後のマーカーが前記角度感知位置のそれぞれにおいて感知されてからの測定された経過時間および前記角度感知位置における前記マーカーの感知の関数として１つまたはそれ以上の前記パラメータを測定するための手段と、
Ｄ．前記回転パラメータのうちの少なくとも１つの関数として、前記システム機能の少なくとも１つを制御するための手段とを含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、測定および制御システムに関し、特に回転装置の種々の幾何学的、位置的および力学的なパラメータを測定し、それらのパラメータを利用してその装置の種々の機能を制御するシステムおよびそのための方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
本発明は、１つの回転軸の回りのディスクまたはドラムなどの回転可能な装置の回転に関する、そして回転中の種々の幾何学的、位置的、および力学的なパラメータを測定し、また、そのようなパラメータを利用して、その装置の種々の機能を制御することが望ましい場合に対して意図されている。本発明は特に、コンピュータ・トモグラフィ（ＣＴ）走査システムに対して適用可能であり、したがって、その場合において特に記述されるが、そのようなシステムに限定されると考えるべきではない。ＣＴスキャン・システムは、１つのフレームの内部で回転することができるディスクまたはドラムを含んでいるガントリを含むのが普通である。第三世代のＣＴスキャナにおいては、Ｘ線のソースおよびＸ線の検出器アレイが、患者が横たわることができるテーブルの回りの回転運動のためにディスク上に取り付けられている。Ｘ線のソースおよびＸ線の検出器アレイは、以下「幾何学的中心」と呼ばれる軌跡を定義するディスク上の１点の回りに配置されており、断層撮影画像を正確に再構成することができるように、走査時にその点の回りにディスクが回転する時にその点の回りにソースおよび検出器アレイが正しい回転運動を規定する。この幾何学的中心は理想的にはそのディスクの回転中心と同様に、そのディスクの質量の定格中心と一致する。第四世代のＣＴスキャナにおいては、Ｘ線のソースは幾何学的中心に対して相対的に回転可能なディスク上に取り付けられ、一方、検出器はそのディスクの回転軸の回りに静止しているフレーム上に等しい角度間隔で配置されている。両方のタイプのシステムにおいて、Ｘ線のソースは周期的なパルスまたは連続波の放射線を提供することができる。各検出器は、普通はソリッド・ステートまたはガス・チューブのデバイスのいずれかである。
【０００３】
第三世代のマシンにおいては、検出器アレイはディスクを横切ってソースの正反対の側に配置され、ソースのフォーカル・スポットと位置合わせされ、検出器アレイおよびフォーカル・スポットが共通の手段、走査または回転面（そのディスクの回転軸に対して垂直）の内部に配置される。検出器アレイの場合、そのアレイの各検出器は、走査面の中に、普通はソースに対して所定の角度間隔で配置され、各検出器はフォーカル・スポットに対して相対的に等しい角度で広がり、ソースとそれぞれの検出器との間の走査面の中での複数の異なるＸ線径路を提供している。第三世代のマシンにおいては、Ｘ線の径路は、かなめがＸ線のソースのフォーカル・スポットにある扇（ファン）に、集合的に類似している可能性がある。第四世代のマシンにおいては、検出器はガントリのフレーム上に取り付けられ、各検出器に関してのＸ線の径路は、かなめが各検出器の入力にあるファンに類似している。したがって、両方のタイプのマシンは、「ファン・ビーム」トモグラフィ（走査）・システムと呼ばれることがある。
【０００４】
これらのシステムはその検出器とＸ線のソースとの間の空間を占めている１つの物体の回りのディスクの回転時に、複数の各プロジェクション・ビューにある検出器によって、すなわちそのディスクの正確な角度位置において、測定される放射線束における変動に対応している複数の情報またはデータ信号を提供する。「逆投影」と普通に呼ばれている信号の既知の（ラドン（Ｒａｄｏｎ）の）数学的処理において、ソースと検出器との間の平面に置かれている被走査物体の部分を通して、回転の面、すなわち、走査面に沿っての二次元の薄片（スライス）を表している画像を形成することができる。らせん状（ヘリカル状の）走査の画像の場合、走査されている物体および回転ディスクは、データが収集されながら、回転軸の方向において互いに相対的に動かされる。他のタイプの走査画像も提案されてきている。たとえば、グレゴリー  Ｌ．ラーソン（Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｌ．Ｌａｒｓｏｎ）、クリストファ  Ｃ．ルース（Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｃ．Ｒｕｔｈ）、およびカール  Ｒ．クローフォード（Ｃａｒｌ  Ｒ．Ｃｒａｗｆｏｒｄ）の名前で、１９９７年４月９日付けで出願された、「Ｎｕｔａｔｉｎｇ  Ｓｌｉｃｅ  ＣＴ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」（首振り運動のスライスのＣＴ画像再構成装置および方法）と題する、米国特許出願第０８／８３１，５５８号を参照されたい。この特許は本発明の譲受人に対して譲渡され、引用によって本明細書の記載に援用する（代理人整理番号ＡＮＡ‐１１８）。そのような画像の正確な形成は、次のような種々のファクタによって微妙に変わる。（１）ディスクの幾何学的中心の回りに正確に回転しているディスクの運動、（２）ディスクがその軸の回りに回転する際に、被走査物体に対する相対的な平面で縦方向には動かないように、走査時に走査面の中に固定されたままになっている幾何学的中心、（３）各プロジェクション・ビューが各ビュー（視野）に対して同じである間に提供されるＸ線の露光、および（４）画像が逆投影される時に、その被走査物体に対する相対的にＸ線のソースおよび／または検出器の正確な位置情報でデータが補正されるように、ディスクの正確な角度位置において採取されているデータ。本発明は、第４のファクタ、すなわち、データが正確な角度位置において採取されることにおける改善に向けられているが、この分野の技術に熟達した人であれば、本発明によって測定されたパラメータは、上記の他の３つのファクタを改善するためにも使えることは理解される。
【０００５】
回転装置に関連しているいくつかの任意の幾何学的、位置的および力学的なパラメータを測定するシステムおよびそのための方法は、「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ  ＧＥＯＭＥＴＲＩＣ，  ＰＯＳＩＴＩＯＮＡＬ  ＡＮＤ  ＫＩＮＥＭＡＴＩＣ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ  ＯＦ  Ａ  ＲＯＴＡＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  Ａ  ＰＬＵＲＡＬＩＴＹ  ＯＦ  ＩＮＴＥＲＶＡＬ  ＭＡＲＫＥＲＳ」（複数のインターバル・マーカーを備えている、回転装置の幾何学的、位置的および力学的なパラメータを測定するための装置および方法）と題する、米国特許第５，４３２，３３９号の中で記述され、権利が請求されている。この特許は引用によって本明細書の記載に援用され、ここでは「‘３３９特許」と呼ばれる。‘３３９特許の中で記述されているように、測定および制御システムは、その測定値を使って回転装置における種々のコンポーネントの動作を制御することができる。
【０００６】
‘３３９特許の中で記述されているシステムにおける本来的な１つの欠点は、その回転装置に関して静止しているセンサによってパラメトリックなデータが収集されることである。回転装置の上に配置されているコンポーネントが、そのパラメトリック・データに対してアクセスしなければならない時、測定および制御システムは普通はスリップ・リングまたはブロードキャスト（ｒｆ）送信手段などの通信手段を通じてその回転装置に対してパラメトリック・データを通信する。そのような通信の手段によって、システム全体のコストが増加し、そのパラメータ測定に対してノイズおよび時間遅延が追加される可能性がある。
【０００７】
したがって、本発明の１つの目的は、システムが回転装置上に駐在している間に回転装置に関連付けられたパラメトリック・データを収集し、それによってそのようなデータを回転装置に対して通信する必要がないようにするシステムを提供することである。
【０００８】
本発明のもう１つの目的は、回転装置に関連付けられているパラメトリック・データの関数としてトリガ信号を発生するシステムを提供することである。
【０００９】
本発明のさらにもう１つの目的は、おそらく電源に対して変調信号を提供し、回転装置に関連付けられたパラメトリック・データの関数として電源出力電圧パターンを発生させるようにするシステムを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は部分的には明確であり、そして部分的にはこれ以降で説明される。したがって、本発明はいくつかのステップを必要とするプロセスおよびそのようなステップの１つまたはそれ以上の他のステップの関係および順序、および再構成、要素の組合せ、および以下の詳細説明の中で例示されている部分の配置構成、および特許請求の範囲の中で示される出願の範囲を含む。
【００１１】
【発明の概要】
本発明は、回転装置の回転パラメータの関数としてプロセスを制御するための、測定および制御システムに向けられている。そのようなプロセスは、その回転装置の正確な角度位置におけるデータ収集および、その回転装置の正確な角度位置に対するＸ線管の電源変調波形の同期化を含む。
【００１２】
好適には、そのようなシステムはその回転装置を支持する１つの要素に対して相対的に固定されている複数のインターバル・マーカーを含み、それはその回転装置の回りの既知の半径の円に沿って互いに角度的に隔てられていて、その回転装置の幾何学的中心と同心であることが好ましい。そのマーカーを検出するための複数の固定されたセンサがその回転装置の周辺上で所定の角度位置において提供され、その装置の回転時にセンサがそのマーカーを通過する際に、そのマーカーを検出することができるようにする。１つまたはそれ以上のセンサによって前記マーカーのうちの選択されたものの検出の間の１つまたはそれ以上の時間間隔の測定のための手段が提供される。
【００１３】
この好適な実施形態においては、感知されるマーカーおよびそのマーカーのうちの選択されたものの検出の間の測定された時間間隔の関数として、任意の時間の１つの瞬間において回転装置の角度位置を求めるための手段も提供される。また、好適な実施形態は、感知されたマーカーおよびそのマーカーのうちの選択されたものの検出の間の測定された時間間隔の関数として、任意の時点において回転装置の角速度を測定するための手段も含む。
【００１４】
本発明は、少なくとも３つのセンサを採用し、そのうちの２つが回転装置上に正反対の側に配置されているペアとして配置される。静止しているマーカーが各センサによって感知され、次々のマーカーの検出と検出との間の時間間隔が求められる。回転装置の角速度における変動を緩和するために、正反対の側に置かれたセンサの測定値を平均するための手段が含まれている。本発明は、その平均化された測定値を記憶し、その記憶された値を使ってシステムの動作中にそれ以降の測定値を補正する。
【００１５】
本発明は、回転装置の回転パラメータの関数としてプロセスを制御するための測定および制御システムに関する。本発明は、Ｘ線断層撮影装置の回転可能なディスクに対するその応用に関連して、より有利に記述することができ、そして断層撮影システムのＸ線のソースに対して加えられるパワーを制御するのに特に有用である。そのような応用の１つは、たとえば、プラスチック爆弾を検出するために提案されているようなデュアル・エネルギー技法を利用している断層撮影装置に対して供給されるパワー・レベルを変調するために、この測定および制御システムを使うことを含む。たとえば、バーナード  Ｍ．ゴードン（Ｂｅｒｎａｒｄ  Ｍ．Ｇｏｒｄｏｎ）他の名前で１９９６年６月２７日付けで申請され、本発明の譲受人に対して譲渡されている米国特許出願第０８／６７１，２０２号（代理人整理番号ＡＮＡ‐９４）を参照されたい。この特許は引用によって本明細書の記載に援用され、「ゴードン出願」と呼ばれる。しかし、このシステムはより広く他にも応用できることを理解されたい。
【００１６】
図１は、回転軸１０８の回りに回転可能なディスク１０２を回転させることができ、そして回転軸１０８に対して垂直の回転面の内部で回転させることができるように、ベアリング機構１０６を経由してサポート１０４に取り付けられている回転可能なディスク１０２を含んでいる一般的なＣＴスキャン・システム１００の概略図を示している。回転可能なディスク１０２は、検出器アレイ１４０に対抗して正反対の側に置かれているＸ線のソース１３０を含む。回転可能なディスク１０２が回転軸１０８の回りに回転する際、ディスクはサポート１０４に関して複数の角度位置を定義する。回転可能なディスク１０２のサポート１０４に関する特定の角度位置はホーム・ポジションと呼ばれる。ホーム・ポジションは回転可能なディスク１０２の上のコンポーネントの向きなどのシステム・パラメータの関数として選択することができる。本発明はホーム・ポジションに関して回転可能なディスク１０２の位置を決定し（以下、「相対的なディスク位置」とも呼ばれる）、そして相対的なディスク位置の関数としてシステム制御機能（たとえば、データ収集のためのトリガおよび電源電圧の変調など）を実行する。本発明の他の形式においては、ディスクの角度位置、ディスクの角速度または装置の角加速度、またはそれらの組合せの関数としてシステムを制御することができる。
【００１７】
一般に、本発明は、サポート１０４に対して固定されている複数のポジション（インターバル）・マーカーを感知するために、回転可能なディスク１０２に対して相対的に固定されている１つまたはそれ以上の感知要素を使うことによって相対的なディスク位置を決定する。
【００１８】
本発明の１つの実施形態においては、感知手段である一次センサ１１２が回転可能なディスク１０２に対してそのディスクの周辺上またはその近くに取り付けられ、更なる感知手段である二次センサ１１４も一次センサ１１２の実質的に正反対の側にある位置において、ディスクの周辺上またはその近くに回転可能なディスク１０２に対して取り付けられている。一次センサ１１２および二次センサ１１４は、両方とも回転可能なディスク１０２の上に位置決めされ、ポジション・マーカー１１０に接近して置かれており、したがって、ディスク１０２がサポート１０４に対して回転する際に、それらのセンサがマーカーを感知する。ポジション・マーカーとは異なっている追加のセンサ／マーカー・ペアを含め、一次センサ１１２および／または二次センサ１１４によって検出された時にどのポジション・マーカー１１０が回転可能なディスク１０２のホーム・ポジションを示すかを指示することが好ましい。ただし、この分野の技術に熟達した人であれば、ホーム・ポジションを決定するために他の方法が使えることが分かる。たとえば、回転可能なディスク１０２のホーム・ポジションに対応しているポジション・マーカーは、感知要素によって識別できるユニークな特性を有している可能性がある。その他の感知手段である追加のセンサはホーム・センサと呼ばれ、概略的に２０２に示されており、そして追加のマーカーはホーム・マーカーと呼ばれ、概略的に２２２に示されている。この示されている実施形態においては、ホーム・センサ２０２は回転しているディスクと一緒に回転可能であり、そしてホーム・マーカー２２２はサポート１０４に対して静止している。
【００１９】
図２は、本発明に従って構築され、ゴードン出願に記載されているタイプの高圧電源の変調を制御するために使われる、測定および制御システム２００の好適な実施形態のブロック図を示している。測定および制御システム２００は、一次センサ１１２と、二次センサ１１４と、ホーム・センサ２０２とを含み、それらのすべてが静止ポジション・マーカーを検出する。静止ポジション・マーカーは３６０個のインターバル・マーカー１１０と、１つのホーム・マーカー２２２とを含むことが好ましい。インターバル・マーカー１１０は、マーカー０〜マーカー３５９として示され（ただし、マーカーの数は変わってもよいことは明らかである）、回転軸１０８とほぼ同心の円に沿って等しい角度間隔で分配されており、ホーム・マーカー２２２は３６０個のインターバル・マーカーとは異なり、回転可能なディスク１０２がホーム・ポジションに近付いているタイミングを示すように設けられている。ホーム・マーカー２２２は、ホーム・センサ２０２によってのみ検出され、したがって、ホーム・センサ２０２の唯一の機能はホーム・マーカー２２２を検出することである。ホーム・マーカー２２２は、回転可能なディスク１０２の回転の間に、一次センサ１１２によるマーカー０の接近を示す。結果として、ホーム・マーカー２２２およびホーム・センサ２０２の正確なポジショニングは重要ではない。マーカー０および一次センサ１１２のアラインメントを曖昧でなく示していればよい。
【００２０】
一次センサ１１２および二次センサ１１４は、静止マーカー１１０の検出に対応している検出信号を発生し、一方、ホーム・センサ２０２は、ホーム・マーカー２２２の検出に対応している検出信号を発生する。これらの検出信号が位置測定装置２０４に対して提供される。位置測定装置２０４は、その検出信号を受け取り、一次データ・チャネル２０６および二次データ・チャネル２０８を作り出す。一次データ・チャネル２０６は、一次センサ１１２に応答してタイミングのデータを伝え、二次データ・チャネル２０８は、二次センサ１１４に応答してタイミング・データを伝える。このことについては以下により完全に説明する。位置補正装置２１０は、一次データ・チャネル２０６および二次データ・チャネル２０８からデータを受け取り、それらを組み合わせて補正されたデータ・チャネル２１２を発生する。一次データ・チャネル２０６と二次データ・チャネル２０８との組合せに関する詳細が以下に説明される。
【００２１】
変調波形ジェネレータ２１４およびデータ収集タイマ２１６は両方とも、補正されたデータ・チャネル２１２からデータを受け取る。変調波形ジェネレータ２１４は補正されたデータ・チャネル２１２からの情報を使って、ディスク１０２の回転に関してジェネレータの変調波形出力（Ｘ線管に対する高圧電源２２０の電圧出力を変調するために使われる）の正しい位相を決定する。その変調関数は、マーカーの検出に対して同期化されている任意の関数であってよく、そしてＰＷＭの正弦波、ＰＷＭ［ｓｉｎ（ｘ）＋ｓｉｎ（３ｘ）／６］、ＰＷＭの任意の波形およびアナログの任意の波形から構成されているグループから選択されることが好ましい。データ収集タイマ２１６は、補正されたデータ・チャネル２１２からの情報を使って、ディスク１０２の回転に対して同期化されている収集ウィンドウ・パルスを発生する。
【００２２】
本発明のこの好適な実施形態においては、インターバル・マーカー１１０は、サポート１０４に対して取り付けられている堅いフェンスの中の四角形のアパーチャによって実装される。図１、図３および図４は、そのようなフェンス３０２の１つの実施形態を示しており、その中でフェンス３０２は回転軸１０８と、同軸のシリンダの形式であり、そのシリンダの一端はサポート１０４に対して固定的に取り付けられ、そしてシリンダの円筒状の壁は回転軸１０８に平行に延びている。この分野の技術に熟達した人であれば、他の向きのフェンス、たとえば、回転可能なディスク１０２と同じ平面内、あるいは回転可能なディスク１０２の面に平行な面の中に置かれている回転可能なディスク１０２の周辺の外側のディスクが使えることが分かる。一般に、一次および二次の各センサは、送信手段である送信機３０４および受信手段である受信機３０６を含む。一次および二次の各センサはフェンス３０２の１つの側に送信機３０４を配置し、そしてフェンス３０２の反対側に受信機を配置することによってそのアパーチャを検出する。センサがアパーチャを通過する際、送信機からの放射がそのアパーチャを通過し、そして受信機によって検出される。アパーチャとアパーチャとの間では、そのフェンスが送信機から受信機への放射の径路をブロックする。一次センサ１１２および二次センサ１１４は、ディスクの３６０°の回転全体の間にセンサがフェンスに近接しているように、ディスクの周辺において回転可能なディスク１０２に取り付けられていることが好ましい。また、そのフェンスには、インターバル・マーカー１１０から軸方向に離れているホーム・マーカー２２２を表すアパーチャを備えることができる。ただし、後で説明されるように、ホーム・マーカーはセンサ２０２の受信機として単純に定義されることが好ましい。図４は、アパーチャの位置を示すために平坦化されたアパーチャを含んでいるシリンダの一部分および、センサ２０２のセンサ受信機（マーカー２２２として使われる）の好ましい位置を示している。回転可能なディスク１０２がホーム・ポジションにある時、回転可能なディスク１０２の幾何学的中心から延びている１つの半径がマーカー０を表し、そしてたとえば、１１０Ａにおいて図３の中に示されているアパーチャ（以下、「ゼロ・アパーチャ」と呼ばれる）の中心を通過する。この半径は、これ以降ではホーム半径と呼ばれる。この好適な実施形態においては、一次センサ１１２がホーム半径の前の０．２５度の位置において回転可能なディスク１０２に対して取り付けられており、ホーム・センサ２０２はホーム半径の前１．０５度の位置に回転可能なディスク１０２に対して取り付けられている。回転可能なディスク１０２の普通の回転時に、一次センサ１１２はホーム半径に先立ってゼロ・アパーチャ１１０Ａを通過し、ホーム・センサ２０２は一次センサ１１２に先立ってゼロ・アパーチャを通過する。
【００２３】
図３は、図１の切断線３‐３に沿っての断面を示している。図３において、一次センサ１１２および二次センサ１１４は、ディスクの周辺において回転可能なディスクに取り付けられており、一次センサが二次センサに対して正反対の側にあるように示されている。一般に、各一次センサ１１２および二次センサ１１４の送信機３０４は、基準信号の送信機として機能し、そしてフェンス３０２は対応しているセンサの送信機と受信機との間の間欠的な遮蔽として機能する。各センサ１１２および１１４の送信機３０４は、回転軸１０８に対してほぼ垂直である線に沿ってセンサの対応している受信機の方向に信号を絶えず送信することが好ましく、センサがフェンス３０２に対して移動するにつれて、フェンス３０２がセンサの受信機からの送信された信号を交互に通過させ、そしてブロックする。本発明のこの好適な実施形態においては、送信機は、たとえば、発光ダイオードを経由して受信機に対して光を送信する。ただし、この分野の技術に熟達した人であれば、送信機／受信機のペアは、他の通信媒体を経由して、そして他の方法、たとえば、送信機および受信機をフェンスの同じ側に置き、送信機からの反射された光を、その光がマーカーに当たる時に反射させることによって、あるいは赤外線、紫外線、超音波、音、または電磁界などの電磁スペクトルの他の部分を使って通信できることは理解される。さらに、センサの受信機は自分が受信した光を、たとえば、フォトトランジスタによって電気信号に変換し、低い（基準電圧に相対的に）電圧のインターバル信号がセンサの受信機からの光をブロックしているフェンス３０２によって特徴付けられる相対的なディスク位置に対応し、高い電圧（基準電圧に相対的に）のインターバル信号は、フェンス３０２が光をセンサの受信機に対して通すことによって特徴付けられる相対的なディスク位置に対応する。したがって、センサの受信機は、回転可能なディスク１０２の角度位置によって変化するインターバル信号を発生する。
【００２４】
ホーム・センサ２０２の動作は、ディスクのホーム位置において、センサがその状態の適切な指示を提供するようになっている。ホーム・マーカー２２２はセンサの送信機または受信機のいずれかを形成し、マーカーがサポート１０４に対して固定されていて、その他は回転可能なディスク１０２に対して取り付けられていることが好ましい。ホーム・センサ２０２（マーカー２２２を含んでいる）は、送信機および受信機がホーム・ポジションにおいて整列される時に最大の感度が提供されるように方向付けられている。したがって、一次および二次のセンサとは対称的に、ホーム・マーカー２２２（たとえば、送信機）はサポート１０４に対して固定されており、そしてホーム・センサ２０２（すなわち、受信機）が回転可能なディスク１０２に対して固定されている。ここで、たとえば、送信機および受信機はその送信機から受信機（ホーム・ポジションにおける）への光の径路が回転軸１０８に対して平行であり、送信機および受信機の両方が回転軸に関して実質的に等しい半径において位置決めされているように取り付けられている。この配置構成では、回転可能なディスク１０２がホーム・ポジションに近付くにつれて、ホーム・センサ２０２の送信機および受信機は、同じ角度および半径の位置に置かれる。ホーム・センサ２０２の受信機は送信機から受信した光を電気信号に変換する。ホーム・センサ２０２の送信機および受信機は、指向性の非常に高い通信ペアを形成し、したがって、送信機からの電気信号は、ディスク１０２の回転の僅かな角度に対して検出可能な強い信号スパイクを発生する。
【００２５】
ディスク１０２が一定の角速度で回転する時、一次センサ１１２、二次センサ１１４およびホーム・センサ２０２が図５に示されているような周期的な信号を発生し、それはホーム・センサのパルス列５０２、一次センサのパルス列５０４および二次センサのパルス列５０６を含む。一次センサのパルス列５０４の中の任意のパルスの立上がりエッジから、一次センサのパルス列５０４の中の隣接しているパルスの立上がりエッジまでの時間の量は、回転しているディスク１０２の１度の回転角を表す。同様に、二次センサのパルス列５０６の中の任意のパルスの立上がりエッジから、二次センサのパルス列５０６の中の隣接しているパルスの立上がりエッジまでの時間の量は、回転しているディスク１０２の回転の１度を表す。ホーム・パルス列５０２の中の任意のパルスの立上がりエッジから、ホーム・パルス列５０２の中の隣接しているパルスの立上がりエッジまでの時間の量は、回転しているディスク１０２の３６０°全体の回転を表す。結果として、ホーム・パルス列５０２からの各パルスに対して、一次パルス列５０４からの３６０個のパルスがあり、そして二次パルス列５０６からの３６０個のパルスがある。一次パルス列５０４におけるゼロ・アパーチャに対するパルス（以下、一次ゼロ・パルスと呼ばれる）は、ホーム・パルス列５０２からの１つのパルスの発生後の最初のパルスであり、二次パルス列５０６の中のゼロ・アパーチャに対応しているパルス（以下、二次ゼロ・パルスと呼ばれる）は、ホーム・パルス列５０２からの１つのパルスの発生後の１８１番目のパルスである。回転しているディスク１０２の上のホーム・センサ２０２および一次センサ１１２の相対的な位置決めのために、ホーム・パルス列５０２の中の１つのパルスから、一次センサ・パルス列５０４の中の次の後続のパルスまでの時間の量は、回転しているディスク１０２の約０．８度の回転に対応する。
【００２６】
本発明は、１つのホーム・パルスの発生からインターバル・マーカー１１０に対応している３６０個の後続の各インターバル・パルスの発生までの時間の量を測定することによって、その回転しているディスクの角度位置を決定する。本発明は、ゼロ・アパーチャに対応しているパルスから、次のゼロ・アパーチャに対応しているパルスまでの時間を測定することによって、回転しているディスク１０２の回転周期を求める。各インターバル・パルスの発生の時間を、回転しているディスク１０２の回転周期で割ることによって回転しているディスク１０２の角度位置に等しいポジション値が提供され、その値はディスク１０２の回転周期とは無関係である。インターバル・パルスを発生させるために単独のセンサだけが使われている場合、そのポジション値は回転しているディスク１０２の角速度の変動によって誤差の大きいものとなる。本発明は２つのセンサ、すなわち、一次センサ１１２および二次センサ１１４を使って各インターバル・マーカーに対する校正された角度位置を作り出すように、一次センサ１１２および二次センサ１１４において決定される各インターバル・マーカーの位置を組み合わせることによって、回転しているディスク１０２の角速度変動の影響を緩和する。したがって、各インターバル・マーカーに対する結果の校正された角度位置は、マーカーの位置決め誤差および角速度変動とは無関係である。本発明のこの好適な実施形態においては、各インターバル・マーカーに対する校正されたポジション値を発生するために、以下の校正された手順が使われる。
１．回転可能なディスク１０２の回転を９０回転／分（以下、ＲＰＭと呼ぶ）において安定化する。
２．ホーム・パルスに関して一次パルス列５０４の中の各インターバル・パルスの発生の時間を記録する。
３．ホーム・パルスに関して二次パルス列５０６の中の各インターバル・パルスの発生の時間を記録する。
４．二次パルス列５０６の中の１８０番目のパルスに関連付けられている時間を二次パルス列５０６の中のパルスの発生の各時間から差し引くことによって、二次パルス列５０６から記録された情報を、一次パルス列５０４から記録された情報と整列させる。
５．一次および二次のパルス列からの対応しているインターバル・パルスの発生時間の値を平均化し、一連の校正されたポジション値を発生する。
６．真のポジション値を発生するために、真のホーム・ポジションからの一次および二次のセンサの前記の０．２５度のオフセットに対して補正するために校正されたポジション値のそれぞれをオフセットする。
【００２７】
真のポジション値はホーム・ポジションに関する回転しているディスク１０２の３６０個の整数の角度位置のそれぞれを完全な回転時間に対する分数として定義する。本発明はディジタル・カウンタを使って校正の手順の中で説明された各種の時間の周期を求める。この好適な実施形態においては、そのディジタル・カウンタは、汎用のマイクロコンピュータ、たとえば、シーメンスの８０Ｃ５１７によって実装される。そのカウンタは、マイクロコンピュータ上の専用のカウンタ／タイマのユーティリティとして存在する可能性があるか、あるいはそれはそのマイクロコンピュータによって実行されるソフトウェアまたはファームウエアのルーチンとして実装される可能性がある。回転可能なディスク１０２の角度位置を決定するために、真のポジション値と関連して同じカウンタを使うことができる。一般に、ディジタル・カウンタは既知の周波数の安定で正確なソースによってクロックされ、そのディジタル・カウンタはリセットされ、そして測定されるべきイベントの開始時点でカウントを開始することができ、そしてディジタル・カウンタは測定されるべきイベントの終りにおいて停止される。そのカウンタの出力カウント結果にクロッキングのソースの周期を乗算した値が、測定されるべきイベントの合計時間を提供する。図６は、前記の校正手順によって発生される値の例の表を示している。この例においては、本発明はディスクの１回転のカウントが、そのクロッキング・ソースの３６８，６４０サイクルであると決定する。このカウントを求めるために、本発明はカウンタをリセットし、一次ゼロ・パルスを受信した時にカウントを開始させ、次の一次ゼロ・パルスによってカウンタを停止させる。本発明はふたたびカウンタをリセットし、次の一次ゼロ・パルスの受信時にカウントを開始させる。本発明は、一次パルス列５０４から受け取るパルスのすべてに対してカウンタの出力における現在のカウント値を記録する。同様に、本発明は二次パルス列５０６から受け取るすべてのパルスに対して、カウンタの出力における現在のカウント値を記録する。しかし、二次センサ１１４は、一次センサ１１２の正反対の側にあるので、二次パルス列５０６からのパルス番号１８１は、一次パルス列５０４からの最初のパルスに対応する。本発明は、二次パルス列５０６のパルス番号１８０から記録されたカウント値を、二次パルス列５０６から記録された他のカウント値のすべてから差し引くことによって、二次パルス列５０６からのカウント値を一次パルス列５０４からのカウント値に合わせる。図６において、本発明がホーム・パルスの後、一次パルス列５０４からの最初のパルスを受け取った時、そのカウンタの出力は１，０２１である。本発明が一次パルス列５０４の最初のパルスに対応する二次パルス列５０６からのパルスを受け取った時（すなわち、アラインメントの後）、カウンタの出力は１，０２５にある。本発明はこれらの２つのカウント値を平均して最初の角度マーカーに対応している１，０２３の平均カウント値を発生する。一次センサ１１２は、０．２５度だけホーム半径からオフセットされているので、本発明は０．２５度に対応しているカウントをその平均のカウントに対して加算し、真のポジション値を発生する。０．２５度に対応しているカウント値は次のように計算される。
０．２５＊［１／３６０］＊３６８，６４０＝２５６
したがって、この例においては、ホーム・ポジションを１度分だけ通過した時に対応する回転可能なディスク１０２の角度位置は、ホーム・パルス列５０２からの１つのパルスの後、カウンタの１，２７９カウントを発生する。同様に、本発明はインターバル・マーカー１１０に対応している３６０個の角度位置のそれぞれに対する真のポジション値を計算する。
【００２８】
動作において、本発明は一次ゼロ・パルスの受信時にカウンタをリセットしてカウントを開始させる。各パルスごとに、一次センサ１１２から受け取り、本発明は対応している真の位置の値を使って回転可能なディスク１０２の真の角度位置に対応するタイマ・カウントを決定する。図６からのデータの例を参照して、本発明は、ホーム・パルス列５０２からの１つのパルスに続いて一次センサ１１２からの最初のパルスを受け取った時、そのカウンタのカウント値はほぼ１，０２１である（ディスク１０２の角速度における変動によってこのカウント値は変動する可能性がある）。最初のパルスの真のカウント値が１，２７９なので、本発明はカウンタが１，２７９のカウントに達した時に、ディスク１０２がホーム・ポジションを１度分だけ過ぎた時に実行される必要があるシステムの機能およびプロセスをトリガする。
【００２９】
隣接した２つの角度位置が与えられて、本発明は瞬時角速度ωを次のように計算する。
ω＝Δθ／Δｔ
ここで、Δθは角度における変化（この例では１度）であり、Δｔはディスク１０２の１つの角度位置から次の角度位置までの経過時間の量である。角度位置および瞬時角速度ωが与えられて、本発明は、線形補間を使って、インターバル・マーカー１１０によって示されている位置の間のディスク１０２の角度位置を求める。たとえば、図６のデータ例を使って、回転可能なディスク１０２が１度から２度まで回転する時、その角速度ωが以下のように計算される。
ω＝１度／（２３０１−１２７９）＝（１／１０２２）度／カウント
ここで、Δｔはカウンタのカウント値で測定される。角速度が一定であると仮定して、２度の３度との間の１つの位置に対応しているカウント値を予測することができる。たとえば、ディスクは、以下の式に示すカウント値において２．５度の位置にある。
２３０１＋［（１／２）＊１０２２］＝２８１２
【００３０】
本発明は、正確な角度位置においてＸ線検出器からのデータ収集をトリガし、Ｘ線のソースに対する高圧電源をドライブする変調波形を、回転しているディスク１０２の角度位置に対して同期化する。この分野の技術に熟達した人であれば、本発明は、回転可能なディスク１０２の角度位置と整合されていなければならない他のシステム機能およびプロセスをトリガするためにも使えることが分かる。また、本発明は複数のシステム機能に対するトリガ信号を発生するためにも使うことができ、それらの機能はそのような信号から導かれる他のトリガ信号またはシステム機能について整合されるか、あるいは整合されない場合がある。
【００３１】
本発明は、その精神または根本的な特性から逸脱することなしに、他の特定の形式で実施することができる。したがって、この実施形態は説明的なものとしての観点で考慮されるべきであり、限定されるものでなく、本発明の範囲は上記の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、したがって、その特許請求の範囲と等価な意味および範囲の中に入るすべての変更は、その中に入ることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
発明そのもの以外に、本発明の上記および他の目的、その各種の特徴が、以下の添付図面と一緒に読まれる時、以上の説明からより完全に理解することができるだろう。
【図１】一般的なＣＴスキャン・システムの概略図を示す。
【図２】測定および制御システムの１つの実施形態のブロック図を示す。
【図３】図１の切断線３‐３に沿っての断面図を示す。
【図４】図１および３に示されているマーカー・フェンスの一部分を示す。
【図５】一次センサ、二次センサおよびホーム・センサによって発生される周期的な信号を示す。
【図６】校正手順によって発生される値の例の表を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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