JP2003265465A - X線照準器の照明システム - Google Patents
X線照準器の照明システムInfo
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03B42/08—Visualisation of records by optical means
Abstract
視マーキングする。 【解決手段】 X線照準器照明システムは、長寿命のX
線照準器光源(10)と、第1の焦点に配置されている
該光源からのX線照準器光線を第2の焦点に集束する形
状にされた光学集光器(11)と、第2の焦点の直近に
配置され、光照射野のエッジコントラストの必要条件を
満たしながら透過光量を最大にするような幾何学的形状
になっている開口(16)を有する不透明シールド(1
4)とを含む。
Description
ばくされるべきターゲット区域を可視マーキングするた
めのX線照準器の照明に関する。
(照射)区域を設定するためのコリメータを含む。コリ
メータは、一般的にX線照射区域を設定するために開閉
することができる、鉛のようなX線吸収材料で作られた
2対のブレードを含む。X線ビームは目に見えないため
に、照射区域を視覚的に示すためにランプからの可視光
線を照射するためのX線照準器照明システムが一般的に
設けられている。コリメータからのあらゆる距離におけ
るX線照射区域を正確に表示するために、光源及びX線
源は、一直線上にはなくかつ可視光線をX線と一致させ
る、平坦な光学ミラー上の少なくとも3つの点に対し
て、それぞれ実質的に同一距離で配置される。従って、
光源は、X線ビームの経路内にある必要はない。
整することが、可視光線のエッジとX線照射区域とを一
致させる上で重要である。従来の取り組みにおける主な
課題は、コリメータのブレードと組み合わさって満足な
エッジコントラストを生じる適当な照明であった。
ハロゲン投影ランプが今まで使用されてきた。このよう
な投影ランプは、フィラメントが比較的小型で高いルー
メン出力(例えば、5000ルーメン)を有しており、
ターゲット区域において適当なエッジコントラスト及び
照度をもたらす。また、これらの投影ランプは、一般的
に繰り返しのオンオフ切換えにも耐え、また高輝度放電
(HID)ランプより著しく低コストである。しかしな
がら、ハロゲンランプのルーメン出力とフィラメント寿
命との間の固有のトレードオフのために、これらの投影
ランプの寿命は、一般的に極めて短い(約300投影時
間又はそれ以下)。
は、正確な光学的調整を必要とするので、有資格サービ
ス技術者により実施される作業である。頻繁にランプが
取換えられる必要があればあるほど、休止時間及び労働
コストの発生率は高くなる。従って、照準器照明システ
ムの従来の性能特性を維持し又は超えると同時に、X線
コリメータの用途における照準器のランプ寿命を延ばす
ことが望ましい。
1つの実施形態によると、X線照準器照明システムは、
長寿命のX線照準器光源と、第1の焦点に配置されてい
る該光源からのX線照準器光線を第2の焦点に集束する
形状にされた光学集光器と、第2の焦点の直近に配置さ
れ、該X線照準器照明システムの光照射野のエッジコン
トラストの必要条件を満たしながら透過光量を最大にす
るような幾何学的形状になっている開口を有する不透明
シールドとを含む。
テムは、光源と、第1の焦点及び第2の焦点を有し、第
1の焦点に配置された光源からのX線照準器光線を第2
の焦点に集束する形状にされたリフレクタと、第2の焦
点の直近に配置された、開口を有する不透明シールドと
を含み、該リフレクタは、光源がその内部に配置された
準楕円体部分と、該準楕円体部分からの迷光をシールド
の方向に反射するために該準楕円体部分とシールドとの
間に配置された円筒形部分と、シールドの直近に配置さ
れた後方リフレクタ部分と、後方に反射された光線を開
口の方向へ向けるために該開口と光源との間に配置され
た中央取付け部分とを含む。
に利点は、図面を通して同じ符号が同じ部分を表してい
る添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むこと
により一層良く理解されるであろう。
明システムの概略図である。本発明の1つの実施形態に
よると、X線照準器照明システムは、長寿命のX線照準
器光源10と、第1の焦点F1に配置されている光源1
0からのX線照準器光線を第2の焦点F2に集束できる
形状にされた光学集光器11と、第2の焦点F2の直近
に配置され、X線照準器照明システムの光照射野のエッ
ジコントラストの必要条件を満たしながら透過光量を最
大にするような幾何学的形状になっている開口16を有
する不透明シールド14とを含む。医療用システム又は
産業用システムのX線環境のような標準的なX線環境で
は、例えば、X線源18は、コリメータ22を通してX
線をターゲット区域24に向ける。一般的に、1つ又は
それ以上のミラー20を用いて、X線照準器照明システ
ムからの光線をターゲット区域24に向ける。
より具体的な実施形態の側面断面図である。一般的に、
光源10は、電球34によって囲まれた発光エレメント
32を含む。発光エレメント32(一般的には、例え
ば、フィラメント)は輝度があり電球34に接近してい
るので、エレメント32から放射される光線は、それを
囲む電球34により分解されることはない。発光エレメ
ント32は、全ての方向に放射するが、リフレクタ12
は光線を集束して広がるのを阻止する。リフレクタの第
2の焦点への集光効率は、開口だけでなくリフレクタの
設計によって決まり、全光量の約5%から約80%まで
の範囲にある。
のを表している。シールド14従って開口16の光源1
0からの距離は、ある範囲内とすることができ、正確に
第2の焦点F2の位置に開口16を置く必要はない。本
明細書で用いる、「第2の焦点の直近」というのは、正
確に第2の焦点F2にあること、又は第2の焦点F2か
ら第1の焦点F1と第2の焦点F2との間の距離のプラ
スマイナス約20%以内にあることを含むことを意味す
る。具体的な位置は、システム設計の目標に応じて変化
することになる。開口16が第2の焦点F2より光源1
0に近接している場合、開口16を通った後により広い
円錐角が生じることになる。開口16が第2の焦点F2
より光源10から遠い場合、開口16を通った後により
小さい円錐角が生じることになる。より小さい円錐角
は、より大きい円錐角より全光量は少ないが、ターゲッ
ト区域においてより強い光線(即ち、より高い光度)にな
る。円錐角が、図2に、例えば全光照射野を表す角度の
外側部分である線40及び42により、また全照射野の
範囲内の所望の光照射野を表す角度の外側部分である線
36及び38により示されている。
ッジコントラストと透過光量の間のかね合いが生じる。
開口16の大きさを縮小することにより、エッジコント
ラストは、透過光量を犠牲にして増強される。逆に、開
口16の大きさを増大させることによって、エッジコン
トラストは低下するが、透過光量は増大される。一般的
に、医療用途では、エッジコントラストの必要条件は、
1mmスリット又は解像度でエッジを横切る距離(約6
mmの)にわたって約4.5から約1である。エッジコ
ントラストは、明るい区域において次に暗い区域に移動
して照度計を用いて測定され、光度における明暗比を得
る。
は、長寿命になるように最適化されたハロゲンランプを
含む。固有のトレードオフのために、長い定格寿命を備
えるハロゲンランプは、石英ハロゲン投影ランプより著
しく低い光源効率(約50%ほどの)を有する。この低い
光源効率を克服するために本発明の他の形態と組み合わ
せて長寿命ハロゲンランプを用いることによって、ター
ゲット区域24に対して十分な光度を与えることができ
る。
プは、軸方向に配置されたフィラメントコイル(図2に
発光エレメント32として示す)を含み、またコイルの
各寸法は、開口16の対応する寸法より小さい。例え
ば、コイルは、一般的に長さ及び直径を有する。開口1
6が正方形の形状(例えば、図5の開口62により示す
ような)である場合、フィラメントの長さ及び直径の両
方とも正方形の一辺より小さくなるように選定される。
開口16が円形(例えば、図6の開口64により示すよ
うな)である場合、フィラメントコイルの長さ及び直径
の両方とも円の直径よりも小さくなるように選定され
る。幾何学的オフアクシス誤差(小型のフィラメント寸
法による)が減少することが判明した更により具体的な
実施形態では、フィラメントコイルは、長さと直径を有
する螺旋形に巻かれ、螺旋形の長さは、螺旋形の直径の
約2倍に等しいか又はそれより小さいかである。
とするものではない。ハロゲンランプは、光線を小さい
焦点に集束させるのに有用であると判断された。別の種
類の光源には、例えば短アークHIDランプのような高
輝度放電(HID)ランプが含まれる。短アークHID
ランプは、約1mm程度の極めて短いアークの大きさを
有しているが、これらのランプは、一般的にハロゲンラ
ンプより遙かに高価であり、しかもそれほど堅牢ではな
い。
ラメータは「定格寿命」であり、この「定格寿命」は、
製造業者が光源をどの位長持ちする能力があるか格付け
するものであり、一般的に光源の母集団の50%が故障
したことになる期間により定められる。本明細書で用い
る、「長寿命」の光源10は、少なくとも約700時間
の定格寿命を有する光源を含む。より具体的な実施形態
では、定格寿命は、少なくとも約1000時間である。
更により具体的な実施形態では、長寿命ハロゲンランプ
が用いられる典型的な場合と同様に、定格寿命は、少な
くとも約3000時間である。
メータは、堅牢さである。本明細書で用いる、「堅牢
さ」というのは、意図した環境で反復操作に耐える十分
な能力があることを意味する。例えば、医療用X線器械
環境では、光源は、周期的に、約60秒から約90秒ま
での間電源を入れられ、その後約60秒の間電源を切ら
れることが多い。
パラメータは、再始動電圧である。例えば、ハロゲンラ
ンプは、実質的に同じ(同一又は互いのプラスマイナス
約10%を意味する)再始動及び作動電圧を有する。こ
の特性は、HIDランプのような作動電圧より高い再始
動電圧を必要とする光源と比較して有利な点である。1
つの実施形態では、光源10は、約48ボルトに等しい
か又はそれより低い再始動電圧を有する。より具体的な
実施形態では、再始動電圧は、約12ボルトに等しいか
又はそれより低い。ハロゲンランプが用いられる場合に
は、出力レベルは、一般的に約35ワットから約150
ワットの範囲にあり、最適値はフィラメントの大きさ及
びルーメン出力によって決まる。
パラメータは、コンパクトさである。発光に関して、
「コンパクト」というのは、発光エレメント32がリフ
レクタ12からの光線が開口16に向けられることがで
きるほど小型であることを意味する。1つの実施形態で
は、フィラメントコイルが、約3.5mmの長さ及び約
1.7mmの直径を有する螺旋形に巻かれる。大きさに
関して、「コンパクト」というのは、光源の大きさが、
現在の照明システム組立体と比較してより大きい照明シ
ステム組立体を必要とすることにはならないことを意味
する。1つの実施例では、電球34は、各々が約10m
m又はそれ以下である寸法を有するように選定される。
より具体的な実施例では、電球34は、約1cmの直径
及び約1.3cmの長さを有する円筒形形状を含む。
準器光線を第2の焦点F2に集束するような形状にさ
れ、開口16は第2の焦点F2の直近に配置され、X線
源に整合された仮想光源になる。光学集光器11は、例
えば1つ又はそれ以上のレンズ(図示せず)、1つ又は
それ以上のリフレクタ、或いはそれらの組合せを含むこ
とができる。
リフレクタ12(少なくとも1つのリフレクタ12を意
味する)を含む。より具体的な実施形態では、光源1
0、リフレクタ12及びシールド14は、光源10によ
って放射される全光量の約10%を開口16を通して集
束できる形状にされる。第2の焦点F2の周りにおける
光線の最も強い領域は、一般的に直径で約5ミリメート
ル(mm)より大きくないので、約4mmから5mmまで
の開口の大きさは透過光量とエッジコントラストとの間
の最も良好なトレードオフを示す。
クミラー材料により被覆された熱伝導性材料を含む平滑
表面のリフレクタである。適当な熱伝導性材料の例に
は、ガラス及びアルミニウムが含まれる。ダイクロイッ
クミラー被覆は、可視光線を反射して熱を伝達するのに
有用である。
楕円体部分26を含み、光源10は準楕円体部分26の
内部に配置される。より具体的な実施形態では、光源1
0は、発光エレメント32を第1の焦点F1の周りに中
心合わせして、リフレクタ12に取り付けられる。準楕
円体部分26は、楕円体形状又は真性楕円体の変形形状
(言い換えれば、一定の湾曲に沿うように設計された形
状)を含み、開口16を通しての光線の集束を改善す
る。顧客独自の最適化(点光源ではない光源10に対処
するための)は、市販のソフトウェアツールによって容
易に達成される。例えば、1つの実施形態では、準楕円
体部分26の長さ(図1のH)は、約40mmから約6
0mmの範囲にあり、準楕円体部分の内径(図1のC
A)は、約45mmから約55mmの範囲にあり、また
焦点F1と焦点F2の間の距離は、約54mmから約5
8mmの範囲にある。
透明材料を含むことができる。作動温度に耐えることが
できる機械的剛性がある材料が、特に有用である。例え
ば、1つの実施形態では、シールド14はアルミニウム
を含む。より大きい厚さを用いることができるが、シー
ルド厚さの標準的な範囲の例は、約0.5mmから約2
mmである。開口16は、任意の多角形形状を含むこと
ができる。本明細書で用いる、「多角形」開口は、コー
ナ(任意の角度の)を有する開口或いは円形又は長円形形
状のような連続する形状(無限の辺の)を有する開口を
含むことができる。
口を有するX線システムの実施形態の場合には、正方形
の開口が、エッジコントラストを低下させることなくタ
ーゲット区域における光度を増大させるのに有用であ
る。一般的に、図4に示すように光学集光器11に面す
るより小さい開口部と光学集光器11の反対の側に面す
るより大きい開口部とを備える開口16を有するのが有
用である。
クタ12からより多くの光線が開口16に到達するとい
う事実のために、開口16から出る光照射野は、一般的
に中央領域において最も暗い。中央部をより明るくでき
る1つの方法は、光源10と開口16との間に配置され
た適当なグレード・ディフューザ60(図4に示す)を
用いて、周囲の光線の一部を中央部に拡散させることで
ある。
置することは、ターゲット区域24(図1に示す)にお
ける光照射野の均一性を改善する上で特に有用である。
例えば、1つの実施形態で、ディフューザ60は、シー
ルド14に直接取り付けられる。より具体的な実施形態
では、耐高温RTV(室温加硫)シリコンゴム材料のよ
うな接着剤58を用いてディフューザ60のシールド1
4への取付けを維持する。
つかの例には、曇りガラス及び形模様付きガラスが含ま
れる。これらの実施形態のいずれにおいても、ディフュ
ーザは、所定の角度範囲にわたって光線を分散するよう
に設計される。例えば、医療用システムにおいては、約
20度又はそれ以下の範囲の狭い分散角度が、有用な透
過光量を最大にするために一般的に有用である。1つの
実施形態では、ディフューザは、一辺が長さ約1cmの
正方形であり、約0.2cmの厚さを有する。
特定の照明システムに対する要求を最適化するために様
々な組合せで用いることができる。1つの例としての実
施形態では、X線照準器照明システムは、長寿命ハロゲ
ンランプ10と、第1の焦点及び第2の焦点を有し、該
第1の焦点に配置されたランプからの光線を第2の焦点
に集束する形状にされたリフレクタ12と、第2の焦点
の直近に配置され、該X線照準器システムの光照射野の
エッジコントラストの必要条件を満たしながら透過光量
を最大にするような幾何学的形状になっている開口16
を有する不透明シールド14と、ランプ10と開口16
との間に配置されたディフュー60とを含み、該ハロゲ
ンランプは、各々の寸法が開口16の対応する寸法より
も小さい、軸方向に設置されたフィラメントコイルを含
む。
システムの側面断面図である。図3の実施形態は、開口
16(ディフューザの実施形態との組合せ又はそれとは
別のいずれかの)から出る光照射野の中央領域の輝度を
増大させるためのX線照準器照明システムにおいて有用
であるが、X線照準器照明システムに関して限定するこ
とを意図するものではない。図3の実施形態で、リフレ
クタ12は、準楕円体部分からの迷光をシールド14の
方向へ反射するために準楕円体部分26とシールド14
との間に配置された円筒形部分30と、シールド14の
直近に配置された後方リフレクタ部分44と、後方に反
射された光線を開口16の方向へ向けるために開口と光
源との間に配置された中央取付け部分46とを更に含
む。シールド14の直近というのは、後方リフレクタ部
分がシールド14上に又は該シールド14から約2.5
mmの範囲内に配置されることを意味する。図3の実施
形態を用いると、準楕円体部分を越えた所からの光線の
1部が、光源の端部に向けて後方反射され次いで開口の
方向へ反射されて、より多くの光線を中央部分にもたら
す。
ば、ガラスのような材料を含む)が、準楕円体部分26
と円筒形部分30との間に存在し、中央取付け部分46
は、透明カバー48に直接取り付けられる。後方リフレ
クタ部分44及び中央取付け部分46は、迷光の開口1
6の方向への反射を最大にするような形状にされる。1
つの実施形態で、後方リフレクタ部分44は、楕円体状
に湾曲した表面を含む。後方に反射された光線のいくつ
かの例が、図3の光線経路52及び54により示され
る。図3の実施形態を用いると、開口16からの光照射
野はより均一になる。
源、リフレクタ、シールド、開口、及びディフューザの
実施形態に関する上記の説明は、図3の実施形態にも同
様に適用可能である。
示し説明してきたが、当業者には多くの修正及び変更が
想起されるであろう。従って、添付の特許請求の範囲
は、本発明の技術思想に含まれる全てのそのような修正
及び変更を保護しようとするものであることを理解され
たい。
明システムの概略図。
図1のX線照準器照明システムの側面断面図。
側面断面図。
用いられる、ディフューザ付きシールド構成のより具体
的な実施形態の側面断面図。
て用いられる開口の形状を示す図。
用いられる開口の形状を示す図。
Claims (10)
- 【請求項1】 X線照準器照明システムであって、 長寿命のX線照準器光源(10)と、 第1の焦点に配置されている該光源からのX線照準器光
線を第2の焦点に集束する形状にされた光学集光器(1
1)と、 開口(16)を有する不透明シールド(14)と、を含
み、 前記開口は、前記第2の焦点の直近に配置され、該X線
照準器システムの光照射野のエッジコントラストの必要
条件を満たしながら透過光量を最大にするような幾何学
的形状になっている、ことを特徴とするシステム。 - 【請求項2】 前記光源は、ハロゲンランプを含むこと
を特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項3】 前記光学集光器は、リフレクタ(12)
を含むことを特徴とする、請求項1に記載のシステム。 - 【請求項4】 前記リフレクタは、準楕円体部分(2
6)を含んでおり、前記光源は、該準楕円体部分の内部
に配置されていることを特徴とする、請求項3に記載の
システム。 - 【請求項5】 前記リフレクタは、前記準楕円体部分か
らの迷光を前記シールドの方向に反射するために該準楕
円体部分と前記シールドとの間に配置された円筒形部分
(30)と、前記シールドの直近に配置された後方リフ
レクタ部分(44)と、後方に反射された光線を前記開
口の方向へ向けるために該開口と前記光源との間に配置
された中央取付け部分(46)とを更に含むことを特徴
とする、請求項4に記載のシステム。 - 【請求項6】 前記準楕円体部分は、楕円体部分を含む
ことを特徴とする、請求項3に記載のシステム。 - 【請求項7】 前記光源と前記開口との間に配置された
ディフューザ(60)を更に含むことを特徴とする、請
求項1に記載のシステム。 - 【請求項8】 光源(10)と、 第1の焦点及び第2の焦点を有し、前記第1の焦点に配
置された前記光源からの光線を前記第2の焦点に集束す
る形状にされたリフレクタ(12)と、 前記第2の焦点の直近に配置され、開口(16)を有す
る不透明シールド(14)と、を含み、 前記リフレクタは、前記光源がその内部に配置された準
楕円体部分(26)と、該準楕円体部分からの迷光を前
記シールドの方向に反射するために前記準楕円体部分と
前記シールドとの間に配置された円筒形部分(30)
と、前記シールドの直近に配置された後方リフレクタ部
分(44)と、後方に反射された光線を前記開口の方向
へ向けるために該開口と前記光源との間に配置された中
央取付け部分(46)とを含む、ことを特徴とする照明
システム。 - 【請求項9】 前記光源は、ハロゲンランプを含むこと
を特徴とする、請求項8に記載のシステム。 - 【請求項10】 前記光源と前記開口との間に配置され
たディフューザ(60)を更に含むことを特徴とする、
請求項8に記載のシステム。
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