JP2915221B2 - Ｘ線イメージング装置における屈曲光コリメータレンズの焦点合せ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線イメージングシス
テム用のコリメータレンズ、特に「屈曲」光路を用いる
コリメータレンズに関する。

【０００２】

【発明の背景】Ｘ線イメージング（映像）システムにお
いて、イメージ増倍管（インテンシファイヤチューブ）
は物体を通過したＸ線を受け取る。イメージ増倍管は、
適当な蛍光体で被覆した表面により、そのＸ線を光学的
イメージに変換する。イメージ増倍管は通常、たとえば
うつぶせに寝ている患者の上に、鉛直に配置される。イ
メージ増倍管の光出力を、イメージ増倍管を囲むケース
の頂部にあけた光出力アパーチャを通して得る。イメー
ジ増倍管自身は気密シール（ハーメチックシール）され
た真空管であり、光出力アパーチャの直下に出力蛍光体
表面が配置されている。コリメータレンズは、光出力ア
パーチャの真上に配置され、一連のレンズを含み、これ
らレンズを通してイメージ増倍管の光出力を、光出力の
その後の処理に適当なように、イメージヘッドに焦点合
せする。

【０００３】高品質の光学系が臨界的に重要であるの
で、従来のＸ線イメージングシステムでは、整列（イン
ライン）または軸線コリメータレンズが圧倒的に好適で
あった（たとえば米国特許第４，９８０，９０５号参
照）。普及している軸線コリメータレンズは、多数の個
別のレンズを使用し、これらレンズを直線状円筒形レン
ズハウジング内で互いに正確に位置合せしている。Ｘ線
イメージングには、処理するイメージの細部をできるだ
け多く保存するために、極めて高品質な低ひずみ光学系
が必要である。その画質を達成するために、コリメータ
レンズに固定した光学的要素を用いる必要がある。すな
わち、コリメータレンズに用いられる個々のレンズは互
いに固定しなければならない。その結果、最適な焦点を
得るには、コリメータレンズ全体をイメージ増倍管の光
出力アパーチャに対して移動する。その場合、レンズア
センブリ全体を光出力アパーチャに対して軸線方向に移
動することにより、焦点を合せる。軸線コリメータレン
ズにおける光路の方向は軸線方向回転に関して不変であ
るので、レンズアセンブリの側部の軸線方向移動は、通
常のスクリュねじを設け、コリメータレンズアセンブリ
を単に回転することにより、簡単に達成される。したが
って、整列スクリュねじ焦点合せを行う通常の軸線コリ
メータレンズは、従来のほとんどのＸ線イメージングシ
ステムに満足なものであった。

【０００４】当業界でもち上がっている問題の一つは、
現在用いられているイメージ増倍管が同時代のものより
物理的に大きい、たとえば高さが高いことである。その
結果、軸線コリメータレンズを使用すると、イメージヘ
ッドをそれに対応して非常に高い位置に設置しなければ
ならない。イメージヘッドの位置が高くなると、今度
は、イメージヘッドへのアクセスが非常に複雑になる。
イメージヘッドへのアクセスは、たとえば、露出済みフ
ィルムを回収するために、常時必要であるので、イメー
ジヘッドの高さが増すことは大きな欠点である。また、
Ｘ線装置を収容する部屋の天井高さもそれに対応して高
くする必要があり、このことはＸ線装置を使用できる場
所を限定する。

【０００５】大型イメージ増倍管に関連する高さの問題
を克服するため、屈曲（または折曲げ（folded））光コ
リメータレンズを使用することが従来のシステムで試み
られている。光路の向きを変えるために傾斜した鏡を用
いる屈曲レンズ光学系は、一般に知られている。たとえ
ば、４５°の傾斜の鏡は光路の方向を９０°変えること
になる。屈曲光学系コリメータレンズは、イメージ増倍
管の光出力を９０°の角度方向転換し、したがって、イ
メージヘッドをイメージ増倍管の上ではなく、横に置く
ことができる。こうすれば、イメージヘッドが低く、ア
クセス容易になり、Ｘ線装置の全高が低くなる。

【０００６】屈曲コリメータレンズアセンブリは、鏡
（ミラー）の反対側に別々に入力レンズと出力レンズを
含む。この場合、通常のスクリュねじ切りレンズアセン
ブリによる焦点合せは、入力または出力レンズの片方に
しか適用できず、そしてそれは必ず入力および出力レン
ズ間の相対的内部距離を変えてしまう。このようにして
焦点合せを達成することは可能であるが、得られる画質
は、内部レンズ要素間の寸法が固定されたレンズアセン
ブリで達成される画質と較べて、著しく劣っている。そ
の結果、屈曲光学系コリメータレンズには通常のスクリ
ュねじ式焦点合せは実用できない。

【０００７】したがって、従来の屈曲光学系コリメータ
レンズの焦点合せには、コリメータレンズ入力とイメー
ジ増倍管の出力アパーチャとの間の軸線方向側部スペー
シングの調節が必要であった。この過程は、屈曲光学系
コリメータレンズアセンブリを回転させるのは実用的で
ない、という点でさらに複雑になる。屈曲光学系コリメ
ータレンズの出力は、イメージヘッドの方に向いていな
ければならない。その結果、従来の屈曲光学系コリメー
タレンズの焦点合せは、所望の焦点を達成するのに、本
質的に、シムなどを用いての試行錯誤を伴う手動調節で
行われている。明らかにこれは、時間のかかる、骨の折
れる作業である。その上、多くの場合最適な焦点が達成
できず、あるいは従来の焦点合せ方法に固有な不正確さ
のため、その最適焦点を確認するのが少なくとも困難で
ある。

【０００８】

【発明の概要】本発明の焦点合せ装置は、Ｘ線イメージ
ング装置の固定光学系屈曲コリメータレンズの焦点調節
を大幅に容易にすることにより、従来技術における制約
を克服する。焦点合せ装置は屈曲光学系コリメータレン
ズを含み、コリメータレンズはその底面から下方に突出
するねじ切り円筒部材を有する。アイドラ部材には、中
心ボアにねじが切られ、アイドラ部材のねじがコリメー
タレンズの円筒部材のねじと係合する。基板に設けた案
内開口はアイドラ部材の対応する円筒表面を受け入れ
る。こうしてアイドラ部材を基板の案内開口に回転自在
に配置する。アイドラ部材を基板の案内開口内で回転す
る手段を設けるとともに、同時にコリメータレンズの回
転を制限する手段を設ける。この結果、アイドラ部材の
回転によりコリメータレンズに回転の軸線に沿った直線
移動を与え、これによりコリメータレンズの円筒部材に
対向するイメージ源に関するコリメータレンズの焦点を
調節する。

【０００９】本発明の重要な目的は、Ｘ線イメージング
システムに固定光学系屈曲コリメータレンズを使用可能
にすることにある。幾何形状の可変な光学系を有する屈
曲レンズは焦点合せが極めて容易であるが、その結果と
して画質を大幅に犠牲にする。固定光学系屈曲コリメー
タレンズの焦点調節を容易にすることにより、従来技術
に存在した焦点調節の困難なしに、良好な画質を実現す
ることができる。

【００１０】本発明の他の目的は、焦点調節の際に高い
精密度を達成することにある。このためには、Ｘ線装
置、たとえばイメージ増倍管ケースの頂面に基準面を設
定する。焦点合せ装置を基準面の上に装着し、そしてア
イドラ部材を基準面に対して押しつける手段を設ける。
これによりアイドラ部材を基準面と正確な位置合せ関係
に維持し、アイドラ部材の位置決めが不正確であった
り、変動したりすることに伴う焦点調節の誤差を小さく
する。

【００１１】本発明の他の目的は、焦点合せ装置の手動
またはモータ駆動調節を達成することにある。アイドラ
部材を回転する手段が、アイドラ部材の円形外周に形成
した歯車歯を備えており、この歯車歯は回転可能なシャ
フトに固定されたピニオン歯車と係合されている。そし
て回転可能なシャフトを、手動回転のノブまたは電気モ
ータドライブにより駆動することができる。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、コリメータレ
ンズ出力の回転方向を調節可能にすることにある。コリ
メータレンズの回転を制限する手段がコリメータレンズ
を収容するハウジングから延在する１対のアームを含
み、各アームがアーム間に配置されたストッパ部材に接
触する。アームとストッパ部材との接触を各アームに設
けた調節可能な止めねじによって行い、ストッパ部材に
対するアームの位置、そして対応するコリメータレンズ
の角度配向を調節できるようする。

【００１３】

【具体的な構成】図１に、屈曲光学系コリメータレンズ
１１用の焦点合せ装置１０を、イメージ増倍装置（イン
テンシファイヤ）ケース１３の頂部に装着した状態で示
す。ケース１３の内部のイメージ増倍管（図示せず）
は、患者１６または被検体を通過した後のＸ線ビーム１
５（破線で示す）を受け取る。イメージ増倍管は、周知
の態様でＸ線ビーム１５を適当な蛍光体被覆面（図示せ
ず）上で対応する光出力に変換する。ケース１３の頂部
には光出力アパーチャ１９が形成され、イメージ増倍管
の光出力はこのアパーチャ１９を通ってコリメータレン
ズ１１に通過する。一方、コリメータレンズ１１は光イ
メージをイメージヘッド２０に導く。イメージヘッド２
０は当業界でよく知られ、用いられている光イメージを
処理するための構成要素からなる。簡単に説明すると、
イメージヘッド２０はビームスプリッタ２１を含み、こ
れにより別個の光出力を、イメージをフィルムに記録す
る映画（シネ）カメラ２２およびイメージを電子的に処
理するビデオカメラ２３両方に差し向ける。

【００１４】コリメータレンズ１１に屈曲光学系を用い
ることにより、図１に示すように、イメージヘッド２０
をイメージ増倍装置１３の側面に９０°に位置させるこ
とができ、通常の軸線コリメータレンズでは真上に位置
させる必要があるのとは対照的である。本発明は、屈曲
光学系コリメータレンズ１１の焦点の迅速かつ正確な調
節を可能にする装置を提供する。発明の背景の項で説明
したように、Ｘ線イメージングに必要な画質を達成する
には幾何形状の固定された光学系が必要である。幾何形
状の固定された光学系の結果として、コリメータレンズ
１１全体をイメージ増倍装置アパーチャ１９に関して軸
線方向に移動する必要があり、この際同時に、コリメー
タレンズ出力には一定の角度方向（すなわち、イメージ
ヘッド２０に向けて）を維持しなければならない。本発
明は、この能力を正確かつ簡単に調節できる態様で実現
する。

【００１５】図２〜５を参照すると、屈曲光学系コリメ
ータレンズ１１自身は、ハウジング３０、入力レンズ３
１、鏡３２および出力レンズアセンブリ３３を含む。な
お、出力レンズアセンブリ３３には多数の個別のレンズ
を用いてもよく、このような任意の数の個別のレンズを
レンズアセンブリ３３で線図的に表示している。入力レ
ンズ３１は、ハウジング３０から下方に延在する円筒形
部材３５の内側に装着され、光出力アパーチャ１９の真
上に位置する。

【００１６】主として図５を参照すると、本発明の焦点
合せ装置１０に含まれる基板４０は、イメージ増倍装置
ケース１３の頂部の精密研磨された平坦なレジストレー
ション（位置合わせ）表面４１に締結されている。基板
４０は円形外側リム４２を含み、そこに等間隔で４つの
穴４３があけられている。ボルト４４を穴４３に通して
基板４０をレジストレーション表面４１に締結する。ボ
ルト４４を締結具の好適な例として示したが、適当な締
結手段のいずれでもさしつかえなく、ボルト４４の数も
いくつでもよいことが明らかである。

【００１７】レジストレーション表面４１は、基板４０
の外側リム４２よりわずかに大きい直径に研磨され、穴
４３はボルト４４の軸部に関してわずかに大きな寸法と
してある。こうすれば、最初に基板４０をレジストレー
ション表面４１に締めつける際に、基板４０の微調整が
可能になる。このようにして、基板４０の横方向位置決
め（すなわち前後左右）を調節して、入力レンズ３１を
光出力アパーチャ１９に一直線に並べる。ベース４０を
所望の横方向位置に配置し終ったら、ボルト４４を完全
に締めつける。基板を心合せ位置からはずしたり、ずら
したりしなければ、当然、基板４０に関する横方向位置
決めのこれ以上の調節は焦点装置１０の作動には不要で
ある。

【００１８】前述したように基板４０を正しく位置決め
し終ったら、後述する機構１０により焦点合せを行う。
機構１０は、コリメータレンズ１１全体の軸線方向位置
（すなわち上下）を調節する機能をなし、同時に、コリ
メータレンズ出力に一定の方向（すなわちイメージヘッ
ド２０に向けて）を維持する。アイドラ部材５０に含ま
れる上ネック部分５１は、基板４０の頂部に貫通形成さ
れた対応する頂部中心案内開口５２にジャーナル支承さ
れている。これにより、アイドラ部材５０は、案内開口
５２の中心を通る軸線５４のまわりで回転可能である。
コリメータレンズ１１の底部から延在する円筒形部材３
５は、その外面をねじ切りし、アイドラ部材５０のネッ
ク部分５１に形成した対応する内ねじに係合する。した
がって、軸線５４は円筒形部材３５およびネック部分５
１とも同軸であり、またコリメータレンズ１１の入力レ
ンズ３１への光路の近似中心線でもある。

【００１９】再度主として図５を参照すると、ネック部
分５１の下方外面には平歯車５５が形成されており、そ
の歯が小さなピニオン歯車５６とかみ合っている。一
方、ピンオン歯車５６は、ノブ５８により手動回転可能
なシャフト５７に装着されている。したがって、ノブ５
８を回転すると、ピニオン歯車５６およびアイドラ部材
５０も回転する。アイドラ部材５０が回転する際に、ハ
ウジング３０は１対のアーム６０により回転を拘束され
ている。すなわち、アーム６０は、やはりシャフト５７
にジャーナル支承されたストッパ部材またはブッシング
６１の両側でハウジング３０から突出する。各アーム６
０上の止めねじ６２がブッシング６１に片側から接触
し、ハウジング３０の回転を防止する。ハウジング３０
が回転を拘束されているので、前述したようにアイドラ
部材５０が回転すると、アイドラ部材５０とハウジング
３０の円筒形部材３５の互いに係合するねじ切り部分の
間に相互回転が生じる。その相互回転の結果、コリメー
タレンズアセンブリ１１全体がまっすぐ直線状に軸線方
向移動することになる。すなわち、出力アパーチャ１９
に対してまっすぐに上下することになる。したがって、
コリメータレンズ１１を正確な軸線方向位置に精密に位
置決めすることができ、最適焦点を得ることができる。
好適な実施例では、アイドラ部材５０およびハウジング
３０の円筒形部材３５の互いに係合するねじ切り部分
は、公称直径５６ｍｍ、ピッチ１ｍｍ（すなわち１ｍｍ
／ターン）とする。

【００２０】さらに図５において、２つの円形波ばね６
５および６６を用いて焦点合せ部品の正確なレジストレ
ーション（位置合せ）を維持する。一方の波ばね６６
を、アイドラ部材５０のリッジ６７と基板４０の底面６
８との間に配置する。こうして波ばね６６により、アイ
ドラ部材５０の底面６９をレジストレーション面４１に
対して押しつける。これによりアイドラ部材５０をレジ
ストレーション面４１に関して正確な固定鉛直位置に保
持する。もう一つの波ばね６５を、ハウジング３０の底
面７０とアイドラ部材５０のネック部分５１の頂面７１
との間に配置する。したがって波ばね６５は、アイドラ
部材５０とコリメータレンズ１１とのねじの歯間のバッ
クラッシュを吸収する作用をなし、こうして滑らかな精
密な焦点調節を可能にする。

【００２１】実際に焦点を調節する過程はつぎの通りで
ある。まず、止めねじ６２を、それがわずかにブッシン
グ６１に接触する状態まで、ゆるめる。こうすれば、ハ
ウジング３０は調節過程の間自由に上下にすべり、止め
ねじ６２がブッシング６１に食い込むことなく、しかも
なおコリメータレンズ１１の実質的な回転を拘束する。
つぎに、イメージヘッド２０からの光出力をリアルタイ
ムで観察しながら、ノブ５８を回してコリメータレンズ
１１を上下させることにより、焦点を調節する（すなわ
ち、試行錯誤の過程は必要ない）。所望の焦点を達成し
終ったら、止めねじ６２を再び締めつけて焦点合せ位置
を保持することができる。

【００２２】図２〜５において、本発明の焦点合せ装置
１０の他の効果として、止めねじ６２により、イメージ
ヘッド２０に関するコリメータレンズ１１の回転位置合
せを微細にかつ精密に調節することもできる。一方の止
めねじ６２をわずかな量だけ後退させ、他方の止めねじ
６２を前進させる。こうすれば、コリメータレンズ１１
を少量だけ回転させ、コリメータレンズ１１をまっすぐ
にイメージヘッド２０に向けることができる。このコリ
メータレンズ１１の回転の結果として、アイドラ部材５
０のねじに対する回転が起こるため、極めてわずかな鉛
直方向移動が生じる。しかし、こうして生じる鉛直移動
は、ねじのピッチが微細であり、関与する回転角が小さ
い（通常わずか数角度分）ので、著しく小さい。実際、
このような調節の結果として生じる鉛直移動は極めて小
さいので、焦点への影響は検出できない程度であること
を確かめた。しかし、もし必要なら、回転角を修正した
後、焦点を再調節することができる。

【００２３】上述した好適な実施例に本発明の範囲内で
種々の変更を加えられることが、当業者には明らかであ
る。たとえば、ピニオン歯車５６とアイドラ部材５０と
の間の直接の歯車駆動の代わりに、ベルトドライブを使
用することができる。他の例として、図６に示すよう
に、ピニオン駆動シャフト５７を通常の二方向歯車減速
電動モータドライブ７５に連結してもよい。この場合、
遠隔位置から、通常のモータ制御回路（図示せず）によ
り焦点調節を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焦点合せ装置を組み込んだＸ線イメー
ジングシステムのブロック図である。

【図２】図１の焦点合せ装置およびコリメータレンズの
斜視図である。

【図３】図１の焦点合せ装置およびコリメータレンズの
平面図である。

【図４】図１の焦点合せ装置およびコリメータレンズの
背面図である。

【図５】図３の５−５線方向に見た断面図である。

【図６】焦点合せ装置の電気モータドライブを示すこと
を除き図５と同様の図である。

【符号の説明】

１０ 焦点合せ装置 １１ コリメータレンズ １３ イメージ増倍装置ケース １５ ビーム １９ 光出力アパーチャ ２０ イメージヘッド ２１ ビームスプリッタ ２２ シネカメラ ２３ ビデオカメラ ３０ ハウジング ３１ 入力レンズ ３２ 鏡 ３３ 出力レンズアセンブリ ３５ 円筒形部材 ４０ 基板 ４１ レジストレーション面 ４２ 外側リム ５０ アイドラ部材 ５１ ネック部分 ５２ 中心案内開口 ５４ 軸線 ５５ 平歯車 ５６ ピニオン歯車 ５７ シャフト ５８ ノブ ６０ アーム ６１ ブッシング ６２ 止めねじ ６５，６６ 波ばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョナサン・カール・ブームガーデン アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ワ ゥケシャ、ホリデイ・ヒル・ロード、ダ ブリュ269・エス3783（番地なし) (72)発明者 ミッシェル・ダール・マキ アメリカ合衆国、ウィスコンシン州、オ コノモウォック、ティムバーライン・ロ ード、ダブリュ370・エヌ6586（番地な し) (72)発明者 シャラド・カマー・ボーラ フランス、78860、セイント・ノム・ ラ・ブレテシェ、スクエア・デス・イグ ランティネフ、６番 (56)参考文献 実開 昭59−144609（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 当該コリメータレンズの底面から下方に
   突出しているねじ切り円筒部材を有している屈曲光コリ
   メータレンズと、 中心ボアに形成されたねじ山を有しているアイドラ部材
   であって、該アイドラ部材の前記ねじ山は、前記コリメ
   ータレンズのねじ切り円筒部材と嵌まり合っていると共
   にねじ係合している、アイドラ部材と、 案内開口を有している基板であって、前記アイドラ部材
   は、前記基板の案内開口に回転自在に設けられた円筒表
   面を含んでいる、基板と、 前記基板の案内開口内で前記アイドラ部材を回転させる
   手段と、 前記コリメータレンズの回転を制限する手段とを備えて
   いる、Ｘ線イメージング装置における屈曲光コリメータ
   レンズの焦点合せ装置であって、 前記アイドラ部材の回転は、該回転の軸線に沿った直線
   移動を前記コリメータレンズに与えていて、前記Ｘ線イ
   メージング装置は基準面を含んでおり、前記焦点合せ装
   置は前記基準面より上方に装着されていて、前記アイド
   ラ部材を前記基準面に対して押し付ける手段を更に含
   み、前記アイドラ部材を回転させる手段は、前記アイド
   ラ部材の外周に形成された歯車歯を含んでおり、該歯車
   歯は、回転可能なシャフトに固定されたピニオン歯車と
   係合しているＸ線イメージング装置における屈曲光コリ
   メータレンズの焦点合せ装置。
2. 【請求項２】 当該焦点合せ装置を手動調節するための
   ノブが、前記回転可能なシャフトに取り付けられている
   請求項１に記載の焦点合せ装置。
3. 【請求項３】 前記回転可能なシャフトは、当該焦点合
   せ装置を電力駆動で調節するように電気モータドライブ
   に連結されている請求項１に記載の焦点合せ装置。
4. 【請求項４】 前記コリメータレンズの回転を制限する
   手段は、前記コリメータレンズを収容するハウジングか
   ら延在している一対のアームを含んでおり、該アームの
   各々は、該アームの間に設けられたストッパ部材に接触
   している請求項１に記載の焦点合せ装置。
5. 【請求項５】 前記アームと前記ストッパ部材との間の
   接触は、前記アームの各々に設けられた調節可能な止め
   ねじにより成されており、前記ストッパ部材に対する前
   記アームの位置、及び前記コリメータレンズの対応する
   角度配向は、調節自在である請求項４に記載の焦点合せ
   装置。