JP2003180672A - 回転角度検出装置およびｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低精度の信号生成手段を用いて回転角
度を高精度に検出する。 【解決手段】 Ｘ線ＣＴ装置の回転枠に取り付けられた
円環状の検出歯車８の内周面に１つのスリット８ｂが形
成されている。断層撮影の前に回転枠を定速回転させ、
その状態で間隔測定タイマ２４は検出信号Ｓ２のパルス
間隔Ｔｐを測定し、基準周期演算手段２５は基準周期Ｔ
ｒを算出する。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と検出周
期Ｔｎとの比である補正係数Ｋｎを算出して記憶手段２
６に記憶する。断層撮影時において、スイッチ手段１８
はｂ側に切り替えられ、補正周期演算手段２０は検出周
期Ｔｎに補正係数Ｋｎを掛けて補正周期Ｔｒｎを求め、
その補正周期Ｔｒｎに基づいて逓倍した位置信号ＳＡ、
ＳＢを得る。

Description

【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（Ｍ
Ｒ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８
ａ（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１
９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８
ａ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１
３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１
２０ｒｐｍ（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１２０
ｒｐｍ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Ｔ
ｒｎ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Ｃ
Ｔ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Ｓ
１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２
６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Ｔ
ｐ）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３６
０°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１
０、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１
３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１
２０ｒｐｍ（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 ）、Ｘ
h+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３
０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。 θｍ＝（Ｖｍ−Ｖh ）／（Ｖh+1 −Ｖh ）×（θh+1 −θh ）＋θh …（５） 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１
８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Ｋ
ｎ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。

フロントページの続き (72)発明者 横山 光之 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者 小湊 真一 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 Ｆターム(参考） 2F069 AA83 BB40 DD26 EE23 GG04 GG06 GG07 GG12 GG59 HH15 MM04 NN08 NN16 NN22 4C093 AA22 CA35 EC42 FA43 FA45 FA55

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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
9. 【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。
10. 【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。
11. 【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。