JP2008511954A - Ｘ線装置用の近接センサ - Google Patents

Abstract

レシーバ電極１０２と容量結合されるエミッタ電極１０４を有する容量型近接センサである。単位利得(unity gain)の増幅器の出力により駆動する第１のアクティブガード電極１１０は、前記レシーバ電極１０２に対し設けられ、このレシーバ電極の電位の障害物１２２に面していない部分を遮蔽し、接地シールド１２６は、前記エミッタ電極１０４に対し設けられ、このエミッタ電極の電位の障害物１２２に面していない部分を遮蔽する。第２のアクティブガード電極１０３は、エミッタ電極１０４とレシーバ電極１０２との間であり、カバー１０６のすぐ後ろに設けられ、これも前記増幅器１０８の出力により駆動する。第２のアクティブガード電極は、エミッタ電極１０４とレシーバ電極１０２との間にある短縮した電場線１２４をブロックするために働き、これによりセンサの精度及び信頼性が向上する。

Description

本発明は一般的に、例えば電動式のスイングアーム(swing arm)が近くにある物体又は人間と衝突するのを避けるのに使用される容量型近接センサに関する。

図１及び図２を参照すると、標準的なＸ線システムは、ロボットアーム３により支持され、患者台２に近接するスイングアーム（Ｃ−アーム又はＧ−アーム）１を有する。スイングアーム１内に収容される、Ｘ線管４及びＸ線検出器５を備える。Ｘ線検出器５は、患者７を通過したＸ線６を入力し、それの強度分布を表す電気信号を発生させるように構成及び設計される。

スイングアーム１を移動させることにより、Ｘ線管４及び検出器５は、患者７に対して何らかの所望の位置及び配向に置かれることができる。スイングアーム１の移動は、１つ以上のモータ（図示せず）により動かされ、患者、オペレータ及び／又は他の物体をスイングアームとの衝突から守るために、このスイングアーム１の円弧の危険箇所Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに近接センサが置かれる。

本出願に普通に用いられる近接センサは、地面に対し容量性であり及び／又は静的に充電されることが可能である何らかの物体又は人間を検知することが可能である容量型近接センサとして知られている。容量型近接センサは、センサの面又は表面をコンデンサの一方のプレートとして、及び導電又は誘電性の標的物体の表面をコンデンサのもう一方のプレートとして使用する。静電容量はこの構成におけるコンデンサのプレート間の距離とは反対に変化し、標的の検知をトリガするためにある値が設定される。この検知の原理は、電場特性の変化の測定に基づいている。前記センサが物体を検知する場合、出力電圧が変化する。制御システムは、出力電圧があるレベルよりも下に落ちる場合、モータの速度を減少させ、衝突を避けるために最終的にそれを停止させるように、スイングアーム駆動モータの速度を制御するのに用いられる。

図３をさらに詳細に参照すると、既知の容量型近接センサ装置は、エミッタ電極１０を介して、検知又は"レシーバ"電極９に容量結合される１００ｋＨｚの正弦波発振器８を有し、エミッタ電極１０からレシーバ電極９へ進む（場の線１１により示される）電場が作り出される。レシーバ電極９は、（"無限大に近い"）非常に高い入力インピーダンスと、非常に低い出力インピーダンスとを持つ増幅器１２に接続されている。この増幅器１２の利得はほぼ１である。レシーバ電極９は前記増幅器１２の入力部に接続され、この増幅器１２の出力部はガード電極１３を駆動させるのに使用される。これにより、ガード電極１３は、レシーバ電極９に印加される信号と同じであるが、その信号とは電気的には絶縁されている信号により駆動され、ガード電極１３と接地との間の静電容量がレシーバ電極９と接地との間の静電容量を打ち消し、これによりセンサの感度が高められる。ガード電極１３は、レシーバ電極９の電位の障害物に面していない全ての部分を遮蔽し、このガード方法は、"アクティブガード"として知られ、１×の増幅器の出力をガード電極１３に接続することにより、このエリアの周りの空間は電位が無く、電場が生じないので、レシーバ電極９は、ガード電極１３の方向にそれ自身の電位を"見る"。接地シールド１５は、エミッタ電極１０の電位の障害物１４に面していない側に設けられる。増幅器１２の出力は、信号調整手段１６に入力され、その出力１７は処理システム（図示せず）に送られる。

前記センサの近くに接地している物体１４がない場合、エミッタ電極１０とレシーバ電極９との間の全容量結合は、レシーバ電極９に"着陸"し、その電位は最大まで上昇する。計測される電位は整流され、バッファリングされたＤＣ電圧として前記処理システムへ送られる。接地した物体１４が電極構造へ近づく場合、レシーバ電極９に存在する電位の一部が接地へ引っ込み、これにより接地した物体１４が計測容積に入る場合、検知電位の減少及び対応するＤＣ出力電圧の減少を生じさせる。電位の障害物の正確な位置、配向及び航行する向きを決めるために、スイングアームの保護カバー１８内におけるキーとなる場所Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに幾つかのセンサが取り付けられる。

上述したセンサの構造は、エミッタ及びレシーバ電極９、１０の近くに物体があることに対し非常に敏感な構造となり、カバー１８は、これら電極９、１０に非常に近いので、エミッタ１０からレシーバ９への電場線１１を短縮させてしまう。しかしながら、このセンサ構造では、物体（例えば血液又は造影媒体）がセンサのとても近くに、ちょうど電極９と１０との間に位置する場合、これが２つの電極９、１０の間における電場線を実際に短縮させることがあり、これは電位信号の動作を説明している図４に示されるように、センサの出力電圧の対応する急激な上昇、ときには物体が存在していないレベルさえも超える上昇を引き起こす。物体がちょうど２つの電極間にあるセンサに非常に近い場合、出力電圧は急激に上昇する。これは処理システムにより間違った状況であるとみなされ、これによりセンサは信頼できない。

センサの出力感度に影響を及ぼす他の問題は、温度及び湿度の変化が原因による、材料特性（ε_ｒ）の変動の結果として生じる。これはセンサ電極の計測容積において移動する物体が存在しないのにセンサの出力を変化させる、エミッタ電極からレシーバ電極への電場線の変化につながる。前記センサは上記変化を、このセンサに近づく又は離れるように移動する物体により引き起こされる同じ変化と区別することができないので、これはスイングアームを不必要に遅くする又は停止する、若しくは幾つかの場合には早くすることになる。

本発明の目的はこれにより、近接センサを設けることであり、ここで、電場線の見せかけの短縮が少なくとも減少し、センサの動作の信頼性及び予測がこれによりかなり増大する。

本発明によれば、エミッタ電極及びレシーバ電極、並びに前記エミッタ電極から前記レシーバ電極への電場を発生させる手段を有する近接センサを備え、センサの近くにある物体の検知は、センサの出力電圧の減少により示され、センサはさらに、前記エミッタ電極と前記レシーバ電極との間に置かれる電動のガード電極を有する。

さらに本発明によれば、撮像システム用のスイングアームを備え、このスイングアームは放射線源及び検出器を有し、さらに上記近接センサを１つ以上有する。

本発明は、上記スイングアーム、撮像されるべき被験者に対し所望の位置に前記スイングアームを移動させる動力手段、及び前記１つ以上の近接センサの出力に従って前記動力手段を制御する手段を有する撮像システムに拡張する。

有益なことに、第２の電動のガード電極が、前記レシーバ電極に対して設けられ、レシーバ電極の電位の物体に面していない部分を遮蔽する。

好ましくは、前記レシーバ電極は増幅器の入力部に接続され、この増幅器の出力が前記第１及び第２のガード電極を駆動させる。前記増幅器の利得は有利には実質的に一定である。接地シールドは前記エミッタ電極に対して有利に設けられ、エミッタ電極の電位の物体に面していない部分を遮蔽する。

本発明のこれら及び他の態様は、ここに記載される実施例から明らかであると共に、この実施例を参照して説明される。

図５を参照すると、本発明の例示的な実施例による近接センサ１００は、検知又はレシーバ電極１０２に容量結合されるエミッタ電極１０４に接続される１００ｋＨｚの発振器１０１を有し、これら電極１０２、１０４は、前記カバー１０６のすぐ後ろに置かれている。レシーバ電極１０２は、単位利得(unity gain)の増幅器１０８の高インピーダンス入力部に接続され、この増幅器の低インピーダンス出力は、前記レシーバ電極１０２に対して設けられるアクティブガード電極１１０を駆動させる。この増幅器の出力は第１の信号調節手段１１２にも送られる。接地シールド１２６は、エミッタ電極１０４の電位の障害物１２２に面していない側に設けられる。第２の電動アクティブガード電極１０３は、図５に示されるように、カバー１０６のすぐ後ろの、レシーバ電極１０２とエミッタ電極１０４との間に設けられる。第２のアクティブガード電極１０３も前記増幅器１０８の出力により駆動される。このアクティブガード電極１０３及び検知電極１０２における電位は、これらの電位が異なる場合、検知又はレシーバ電極１０２が容量負荷と見えてしまうので、理論上は同じである。

本発明の目的は、エミッタ電極１０４とレシーバ電極１０２との間にアクティブガード技術を用いることにより、不要な短縮した電場線をブロックすることにより達成される。何れかの短縮した電場線は、図３を参照して説明した従来の構成のようにレシーバ電極１０２ではなく、このレシーバ電極１０２とエミッタ電極１０４との間にある第２のアクティブガード電極１０３に当たる。結果として、レシーバ電極の電位は、湿度及び温度の変化に伴うセンサカバー１０６の材料変化により生じる電場線１２４の短縮（変化）にはもはや依存しないし、図５に図示されるように、センサの近くに物体があることにより電場線が短縮される可能性もない。

使用中、センサ１００の近くに物体１２２があることは、入力するための容量負荷を変化させる及びエミッタ電極１０４からレシーバ電極１０２への電場線１２４を乱す影響を持ち、これらは共に、例えば２つの装置を用いて物体の検知が行われるような、出力電位の対応する変化を引き起こす。結果として、従来技術と比較してより多くの物体の存在を検知することができるので、センサの信頼性が向上する。

センサ１００からの出力は、処理システム１１４に送られ、このシステムは正弦波の発振器１０１、第２の信号調整手段１１６、デジタル−アナログ変換器１１８及びアナログ−デジタル変換器１２０を有する。

上述される実施例は、本発明を限定するのではなく説明するものであり、添付される特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から外れることなく、当業者が多くの代替の実施例を考案することが可能であることに注意すべきである。この特許請求の範囲において、括弧内に置かれる参照番号が特許請求の範囲を限定するとは考えない。「有している」及び「有する」等の言葉は、何れかの請求項又は全体として明細書に挙げた要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。要素を単数で言及することがこれら要素の複数での言及又はその逆を排除するものではない。本発明は幾つかの別個の要素を有するハードウェアを用いると共に、適切にプログラムされたコンピュータを用いることで実施される。幾つかの手段を列挙する装置の特許請求の範囲において、これら手段の幾つかがハードウェアの同じアイテムにより具現化されてもよい。ある測定が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実は、これら測定の組み合わせが有利に使用されることを示している。

Ｘ線のスイングアームの概略的な側面図。 Ｘ線のスイングアームの透視図。 従来技術による容量型近接センサの構造の原理を説明する概略図。 従来の近接センサの出力のグラフ図。 本発明の例示的な実施例による容量型近接センサの構造の原理を説明する概略図。 図５のセンサの出力のグラフ図。

Claims (7)

1. エミッタ電極、レシーバ電極及び前記エミッタ電極から前記レシーバ電極への電場を発生させる手段を有する近接センサにおいて、前記近接センサの近傍にある物体の検知はセンサの出力電圧の減少により示され、前記エミッタ電極と前記レシーバ電極との間に置かれる電動ガード電極をさらに有する近接センサ。
2. 電位の物体に面していない部分を遮蔽する、前記レシーバ電極に対する第２の電動ガード電極をさらに有する請求項１に記載の近接センサ。
3. 前記レシーバ電極は増幅器の入力部に接続され、前記増幅器の出力は前記第１及び
   第２のガード電極を駆動させる請求項２に記載の近接センサ。
4. 前記増幅器の利得は実質的に一定である請求項３に記載の近接センサ。
5. 接地シールドは、前記エミッタ電極に対して設けられ、エミッタ電極の電位の物体に面していない部分を遮蔽する請求項１に記載の近接センサ。
6. 放射線源及び検出器を有するスイングアームであり、さらに請求項１に記載の近接センサを１つ以上有する撮像システム用のスイングアーム。
7. 請求項６に記載のスイングアーム、前記スイングアームを撮像されるべき被験者に対し所望の位置に移動させる動力手段、及び前記１つ以上の近接センサの出力に従って前記動力手段を制御する手段を有する撮像システム。

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