JP5816095B2 - 撮像システム・ガントリー - Google Patents

Description

下記は撮像システムに関し、計算機断層撮影（CT）撮像で格別の用途を見出すものであるが、他の医療撮像および非医療撮像用途にもなじむものである。

計算機断層撮影（CT）スキャナは一般に、X線管および該X線管から放出された放射を検出する検出器アレイを含む。X線管および検出器アレイは、z軸のまわりに検査領域をめぐって回転する回転フーレム上に取り付けられる。回転フレームは、ベアリングなどを介して傾斜フレームによって回転可能に支持される。傾斜フレームは静的フレームによって支持され、X軸を軸としてZ軸方向に傾斜する。静的フレームは検査室の床に取り付けられる。

残念ながら、回転フレームに作用するさまざまな力（たとえば重力、動径力など）は応力を引き起こす傾向があり、応力は、回転フレームを傾斜フレームに結合させるのに使われるベアリングのようなさまざまなコンポーネントの寿命や性能を低下させることがある。さらに、比較的柔軟なベアリングがしばしば剛性の回転フレームおよび傾斜フレームに結合される。結果として、レースウェイの歪みが起こることがあり、これは回転フレームを回転させるときにレースウェイ応力を導入することがある。そのような応力の量は一般に変形および取り付けられた硬さに比例する。さらに、取り付け表面はスキャナによって精度が一定でないことがあり、これはベアリング性能の幅広いばらつきにつながることがある。

回転フレームに作用するさまざまな力および振動は、回転フレームの不均衡をも引き起こす傾向がある。そのような不均衡は回転フレームをウォブルさせることがある。ウォブルは、スキャンの間に視野の中心を変動させることがある、そのような変動は画質を劣化させることがある。ウォブルの度合いは、回転フレームの回転スピード、支持構造の硬さなどといったさまざまな要因に基づく。検査室内の床において静的フレームが固定できる利用可能な位置のため、傾斜するよう構成されたスキャナの硬さが低下する傾向があり、これはウォブルの増加につながりうる。

回転フレームの回転中に電力が利用できなくなると、一般に、回転ガントリーの回転を制御可能に停止させることが望ましい。伝統的なシステムはモーターに対する摩擦ブレーキおよび比較的高い回転摩擦を有しており、電力が失われたときにはこれが回転フレームを減速させて完全停止に至らせる。より最近のスキャナは増加した回転スピード、より低摩擦のベアリングおよび非接触の回転子運動システムを有しており、これは電力が失われたときの減速時間の増大につながっていた。残念ながら、モーターが非接触の場合にはモーターの摩擦制動は利用できない。さらに、低摩擦ベアリングでは、回転フレームを完全停止まで減速させるために風の力（空気摩擦）だけを使う場合には、惰性減速時間は過度に長くなることがある。

本稿の諸側面は、上記の問題その他に対処する。

ある側面によれば、撮像システムは、z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転フレームと、第二のフレームと、前記回転フレームを前記第二のフレームに回転可能に結合する支持部とを含む。前記回転フレームまたは前記第二のフレームの一方は前記支持部に柔軟に（compliantly）結合され、前記回転フレームまたは前記第二のフレームの他方は前記支持部に剛性に（rigidly）結合される。

もう一つの側面によれば、撮像システムは、z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転フレームと、z軸方向に傾斜する傾斜フレームであって、前記回転フレームは前記傾斜フレームに回転可能に結合される傾斜フレームと、静止フレームとを含み、前記傾斜フレームは前記静止フレームに傾斜可能に結合されている。フレーム・スチフナー（stiffener）が、前記回転フレームおよび前記傾斜フレームの横断軸（transverse axes）に沿っての構造上の支持を提供する。

もう一つの側面によれば、撮像システムは、z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転フレームと、前記回転フレームを回転可能に支持する第二のフレームとを含む。前記回転フレームは前記第二のフレームに非接触ベアリングを通じて結合され、非接触機構によって制御される。制動コンポーネントが前記回転フレームに選択的にブレーキを適用する。

もう一つの側面によれば、システムは、z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転ガントリーと、静止ガントリーとを含む。非接触流体ベアリングが前記回転ガントリーおよび前記静止ガントリーを回転可能に結合する。非接触ベアリングは、前記回転ガントリーに固定された第一の部分および前記静止ガントリーに固定された第二の部分を含む。前記回転ガントリーを制動するために前記第二の部分は前記第一の部分に係合する。

もう一つの側面によれば、方法は、撮像システムの回転フレームと前記撮像システムの第二のフレームを回転可能に結合することを含む。前記撮像システムの前記回転フレームまたは前記第二のフレームの一方は前記撮像システムの支持に柔軟に結合され、前記撮像システムの前記回転フレームまたは前記第二のフレームの他方は前記撮像システムの前記支持に剛性に結合される。

もう一つの側面によれば、方法は、撮像システムの回転フレームおよび傾斜フレームのための横支持（lateral support）をフレーム・スチフナーを介して提供することを含む。傾斜フレームは前記撮像システム（１００）の静止フレームに傾斜可能に結合され、z軸方向に傾斜し、前記回転フレームは前記傾斜フレームに回転可能に結合され、z軸のまわりに回転する。

もう一つの側面によれば、方法は、撮像システムの非接触ベアリングの第一の部分を用いて前記非接触ベアリングの回転する第二の部分を、よって前記第二の部分に結合された回転ガントリーを制動することを含む。非接触ベアリングは前記撮像システムの回転ガントリーを前記撮像システムの静止ガントリーに結合する。

本発明は、さまざまな構成要素および構成要素の配置ならびにさまざまなステップおよびステップの配置の形を取ることができる。図面は単に好ましい実施形態を例解する目的のためであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

撮像システムを示す図である。 例示的なベアリング支持を示す図である。 例示的なガントリースチフナーを示す図である。 例示的なガントリースチフナーを示す図である。 例示的なガントリースチフナーを示す図である。 例示的なガントリースチフナーを示す図である。 例示的なガントリースチフナーを示す図である。 例示的なガントリースチフナーを示す図である。 例示的な制動コンポーネントを示す図である。 例示的な制動コンポーネントを示す図である。 例示的な制動コンポーネントを示す図である。 例示的な非接触ベアリングを示す図である。 例示的な非接触ベアリングを示す図である。 例示的な非接触ベアリングを示す図である。 例示的なベアリング・ブロックおよびブレーキ・パッドを示す図である。 例示的なベアリング・ブロックおよびブレーキ・パッドを示す図である。 前記ベアリング・ブロックの例示的な取り付けを示す図である。 前記ベアリング・ブロックの例示的な取り付けを示す図である。 例示的な方法を示す図である。 例示的な方法を示す図である。 例示的な方法を示す図である。

図１は、静止フレーム１０２、傾斜フレーム１０４および回転フレーム１０６を含むスキャナまたは撮像システム１００を示している。静止フレーム１０２は、検査室の床に取り付けられる。傾斜フレーム１０４は、静止フレーム１０２に傾斜可能に取り付けられ、x軸を軸としてz軸方向に傾斜するよう構成される。ある実施形態では、傾斜フレーム１０４は、z軸に沿う両方向に30度まで傾斜するよう構成される。回転フレーム１０６は、支持部１０８を介して傾斜フレーム１０４によって回転可能に支持される。支持部１０８はボール・ベアリング、空気ベアリング、磁気ベアリングなどといったベアリングを含む。回転フレーム１０６はz軸のまわりで検査領域をめぐって回転する。いくつかの実施形態では、傾斜フレーム１０４は省略され、回転フレーム１０６が静止フレーム１０２によって回転可能に支持される。

のちにより詳細に述べるように、ある限定しない実施形態では、支持部１０８は、固定子部分と、該固定子部分に柔軟なベアリング支持を介して結合されるベアリング部分とを含む。柔軟なベアリング支持は、支持の一方の側が概して柔軟であり、それに対して該支持の他方の側が概してより剛性であることを許容する。たとえば、前記ベアリング部分は、前記概してより柔軟な側をなしてもよく、前記固定子部分は前記概してより剛性の部分をなしてもよいし、逆でもよい。そのような柔軟なベアリング支持部は、ベアリングに対する局在化された作動応力を緩和しつつ、グローバルな剛性を提供しうる。

のちにより詳細に述べるように、ある限定しない実施形態では、システム１００は少なくとも一つのスチフナー１１０を含む。スチフナー１１０は、スチフナー１１０が省略される構成に対して、x軸およびy軸に沿った動きを減らすことができる。これは、傾斜フレーム１０４が非傾斜の垂直位置または傾斜位置にあるときにそのような動きを減らすことを含む。

のちにより詳細に述べるように、ある限定しない実施形態では、回転フレーム１０６をz軸のまわりの回転から減速させるおよび／または停止させるために、制動コンポーネント１１２が使われる。コントローラ１１４が制動コンポーネント１１２を制御する。制動コンポーネント１１２は、正常および／または異常動作条件の間の制動を許容する。例として、システム１００が空気ベアリングをもつよう構成されており、システム電力が失われるとき、制動コンポーネント１１２は、比較的摩擦のないベアリングの回転を漸減させ、停止させるために使われることができる。

X線管のような放射源１１６が回転フレーム１０６に結合され、回転フレームと一緒に検査領域のまわりを回転する。放射源１１６は検査領域を横切る放射を放出する。検出器アレイ１１８は、放射源１１６から検査領域の反対側のある角度弧にまたがる。検出器アレイ１１８は、横断方向に沿って延在する放射感応性のピクセルの一つまたは複数の列を含む。放射感応性のピクセルは、検査領域を横切ってくる放射を検出し、それを示す信号をそれぞれ生成する。

再構成器１２０は前記信号を再構成して検査領域を示す体積画像データを生成する。カウチのような患者台（図示せず）が検査領域内で患者を支持する。患者台はx軸、y軸および／またはz軸に沿って可動である。汎用コンピューティング・システムがオペレーター・コンソール１２２のはたらきをする。オペレーター・コンソール１２２は、キーボードおよび／またはマウスならびにディスプレイおよび／またはプリンタのような入力装置および人間に可読な出力装置を含む。コンピューティング・システム上にあるソフトウェアがシステム１００の動作を制御する。

上で手短に論じたように、ある限定しない実施形態では、支持部１０８は固定子部分およびベアリング部分を含む。ベアリング部分は固定子部分に柔軟なベアリング支持を介して結合されている。図２は、そのような支持部の限定しない例を示している。

この例において、支持部１０８は固定子２０２、ベアリング２０６の第一の部分２０４および両者の間に配置されるベアリング支持部２０８を含む。ベアリング支持部２０８は、固定子２０２とベアリング２０６の第一の部分２０４とを結合する。ベアリング２０６の第一の部分２０４はベアリング支持部２０８に柔軟に結合される。回転子２１０がベアリング２０６の第二の部分２１２に固定される。回転子２１０は固定子２０２にベアリング２０６を介して結合される。固定子２０２は傾斜フレーム１０４に剛性に固定され、回転子２１０のための比較的剛性のグローバルな支持を与える。

図示した実施形態では、ベアリング支持部２０８は複数の部材または撓曲材（flexures）２１４を含む。図のように、撓曲材２１４どうしは、間に物質のない領域をおいて互いから離間される。この例において、撓曲材２１４の少なくとも一つは、固定子２０２およびベアリング２０６に固定された個別部材である。そのような撓曲材２１４はねじ、ボルト、リベット、接着剤および／または他の好適な固定機構を介して固定されることができる。もう一つの実施形態では、撓曲材２１４の二つ以上が、固定子２０２およびベアリング２０６に固定された単一の部材の一部である。さらにもう一つの実施形態では、撓曲材２１４の少なくとも一つは、固定子２０２、ベアリング２０６または固定子２０２およびベアリング２０６両方の一部である。撓曲材２１４は、金属、プラスチックまたは他の好適な材料から形成されることができる。

撓曲材２１４は、ベアリング２０６における局在化された可撓性〔コンプライアンス〕を許容する。一例では、撓曲材２１４の部分集合（たとえば一つまたは複数）が、ベアリング２０６の第一および第二の部分２０４、２１２の間の結合、荷重、力および／またはその他に基づいて、曲がったり、剪断変形したり、圧縮したり、伸張したり、他の仕方で物理的に変形したりしてもよい。そのような変形は一般に、ベアリング２０６の幾何学的な不完全性、回転子荷重、重力、他の力などに基づき、ベアリング支持部２０８がより剛性または硬い構成に比べて、局在化された作動応力を低減しうる。これは、ベアリング２０６の寿命を延ばすことができ、それほど厳格でない公差をもつベアリングを許容する。これは、全体的なシステム・コストを下げることになりうる。

例として、ベアリング２０６のレースウェイおよびボールは一般に、あらかじめ決められた公差の範囲内で、工具の技術的限界に基づいて加工された比較的剛性な構造である。よって、レースウェイおよびボールの幾何学形状は完璧には及ばない。さらに、回転子荷重は、レースウェイの歪みを引き起こすことがあり、ベアリング取り付け表面はある程度の不正確さを導入する。不完全な幾何学形状、歪みおよび不正確さは、変動する局在化された作動応力を導入する。一般に、応力の量は、剛性または硬さに比例する。撓曲材２１４は柔軟であり、変形でき、よってそのような作動応力を軽減する。上記のように、固定子２０２と傾斜フレーム１０４との間の剛性の結合は、回転フレーム１０６のためのグローバルな硬さを与える。

もちろん、図示した例における撓曲材２１４および／または物質がない領域の寸法は説明のために与えられているものである。他の実施形態では、他の寸法が考えられる。

上で手短に論じたように、ある限定しない実施形態では、スチフナー１１０がシステム１００とともに用いられる。図３〜図８は、例示的なガントリースチフナー１１０を示している。

まず図３を参照すると、ガントリースチフナー１１０は、静止フレーム１０２の基部３０４に固定する第一の部分３０２と、y軸に沿って基部３０４のほうに突出する突出部分３０６とを含む。第一の部分３０２は、ねじ、ボルト、リベットなどのような固定具を介して基部に固定し、突出部分３０６が滑入する凹部またはチャネル３０８をなす少なくとも二つのガイド３１０を含む。図４に示されるように、突出部分３０６は傾斜フレーム１０４の前面部分４０２から傾斜フレーム１０４の背面部分４０４にz軸に沿って延在する。

図５は、ガントリースチフナー１１０の第一の部分３０２の例を示している。図示された第一の部分３０２は、基部３０４に静的に取り付けられる略静的領域５０２と、自由浮動領域５０４とを含む。静的領域および自由浮動領域５０２、５０４は物質のない領域５０８を介して互いから離間され、基部領域５０６において一緒になる。固定具５１０は自由浮動領域５０４を通じて延在し、静止領域５０２に固定する。

固定具５１０は、該固定具５１０が所定の予荷重（preload）をもって固定されることを許容するばねまたは他のコンポーネントを含んでいてもよい。予荷重は、用途および／またはその他に基づいて決定できる。一例では、そのような予荷重は、ばねなどを介して達成される。たとえば、固定具５１０はばねをもつねじであってもよい。ここで、ねじを締めるとばねが圧縮され、それによりばねに荷重が与えられる。

一例では、予荷重は、自由浮動領域５０４を静止領域５０２のほうに付勢するが、予荷重より大きな力が自由浮動領域５０４に静止領域５０２から離れる方向に加えられたときには、自由浮動領域５０４が静止領域５０２から離れるようたわんだり動いたりすることを許容する。よって、傾斜フレーム１０４上の突出部分３０６がガイド３１０の間にあるとき、自由浮動部分５０４は突出部分３０６に押しつけられ、これが突出部分３０６の、ひいては傾斜フレームおよび回転フレーム１０４、１０６のx軸およびy軸に沿った動き（たとえば回転フレームのウォブルに起因する動き）を減らすのを助ける。

一例では、予荷重は、静止部分５０２および自由浮動部分５０４の両者が、最悪ケースの回転子不均衡についても常に接触しているようなものである。この例では、自由浮動部分５０４は、突出部分３０６の局所的な厚さに依存して、静止部分５０２から離れるまたは静止部分５０２に向かう方向に動く。これは、傾斜フレーム１０４が、傾斜支持部上で横方向に自由に動いて、突出部分３０６および／または静止部分の、傾斜軸に対する表面の平坦さおよび垂直性の誤差を補償することを許容する。

図６〜図８は、傾斜フレーム１０４およびスチフナー１１０を含む、システム１００の一部分の側面図を示している。図のように、ある実施形態では、z軸方向のシステムの各側に一つで、少なくとも二つのガントリースチフナー１１０が用いられる。図６は、鉛直位置にある傾斜フレーム１０４を示している。この位置では、突出部分３０６は、両方のガントリースチフナー１１０のガイド３１０の内側にある。

図７では、傾斜フレーム１０４はz軸に沿って第一の方向に傾斜される。傾斜フレーム１０４が鉛直位置（図６）からこの図示された位置に動く際、突出部分３０６はガイド３１０内を滑動し、二つのガイド３１０のうちの第一のものを通じて連続的に滑動し、最終的には二つのガイド３１０のうちの第二のものから出る。図８は、z軸に沿って逆方向に傾斜した傾斜フレーム１０４を示している。図のように二つのガイド３１０を使うことは、少なくとも一つのガイド３１０が常に追加的な横方向支持を与えることを許容する。

別の実施形態では単一のガイド３１０が使用されることは理解しておくべきである。別の実施形態では二つ以上のスチフナー１１０を使うことができる。スチフナー１１０についての好適な位置は、静止フレーム１０２の両側のうち一方により近く、傾斜フレーム１０４の中心領域付近および／またはその他を含む。傾斜を駆動するためにローラーを使うことができることも理解しておくべきである。

上で手短に論じたように、ある限定しない実施形態では、制動コンポーネント１１２がシステム１００とともに用いられる。図９〜図１１は、回転ガントリー１０６との関連での例示的な制動コンポーネント１１２を、床に向かってシステムを見下ろす視点で示している。この例では、制動コンポーネント１１２は、説明のため、12時の位置に位置されているが、制動コンポーネント１１２はさまざまな位置に位置されることができることは理解しておくべきである。さらに、二つ以上の制動コンポーネント１１２を使うこともできる。

まず、図９および図１０を参照するに、制動コンポーネント１１２はアクチュエータ９０２を含む。図示されているアクチュエータ９０２は、入口または第一のポート９０４、出口または第二のポート９０６、チャンバ９０８およびピストンなどのようなロッド９１０を含む。ロッド９１０は、チャンバ９０８における第一の引っ込められた位置（図９）およびチャンバ９０８における第二の展開された位置（図１０）の間で並進するよう構成される。

入口ポート９０４にはいる空気のようなガス、流体、水などはチャンバ９０８を充満し、ロッド９１０を、第二の展開された位置に動かすよう付勢する。はいってくる媒体は、ロッド９１０に対して第一の引っ込められた位置の方向に力が加えられるときに負荷を加えるために使われてもよい。空気は、加圧貯留部、タンク、コンプレッサ、ポンプなどを介して入口ポート９０４に与えられてもよい。出口ポート９０６を介してガスを開放すると、ロッド９１０が第一の引っ込められた位置に動くことが許容される。流体を除去し、ロッド９１０を第一の引っ込められた位置まで引っ張るには吸引などが使われてもよい。

ロッド９１０が第二の展開された位置にあるときにチャンバ９０８およびアクチュエータ９０２から延び出るロッド９１０の端部に、ブレーキ・シュー９１２が固定される。よって、ブレーキ・シュー９１２も第一の引っ込められた位置（図９）と第二の展開された位置（図１０）の間で動く。第二の展開された位置では、ブレーキ・シュー９１２は回転フレーム１０６の回転子９１８と物理的に接触する。一例では、ブレーキ・シュー９１２は、摩擦材料またはパッドが接着されている金属ハウジングを含む。ハウジングはロッド９１０に固定され、摩擦材料を支持し、熱を摩擦材料から逃がす。摩擦材料は、それが取り付けられるシステムのための好適な摩擦係数をもつ。

一つまたは複数の追加的なロッド９１４もブレーキ・シュー９１２に固定され、対応するガイド９１６内で並進する。よって、ロッド９１４は、ガイド９１６内を、第一の引っ込められた位置（図９）と第二の展開された位置（図１０）との間で、ブレーキ・シュー９１２とともに並進する。ロッド９１４は、ブレーキ・シュー９１２を整列させ、システム剪断荷重を担うことを容易にするために使われることができる。一例では、ロッド９１４はスチールを含み、ガイド９１６のボールまたは他のベアリングに沿って並進する。そのようなベアリングは、つっかえに耐性のある、なめらかな動作を提供するとともに、剪断荷重がアクチュエータ９０２を損傷するのを防ぐはたらきをしうる。

ある実施形態では、アクチュエータ９０２は、システム電力が失われたときに自動的にブレーキ・シュー９１２を作動させる。この実施形態では、電力が利用可能なときには、アクチュエータ９０２はソレノイドなどを介して自動的に入口ポート９０４を閉じ、出口ポート９０６を開く。この実施形態では、電力がアクチュエータ９０２に与えられ、アクチュエータ９０２はポート９０４、９０６の上記の状態を維持する。電力が失われると、アクチュエータ９０２から電力が除かれ、アクチュエータ９０２は自動的に入口ポート９０４を開き、出口ポート９０６を閉じる。これは、チャンバ９０８に流体がはいることを許容し、ロッド９１０が回転子９１８と係合するよう付勢される。

ブレーキ・シュー９１２と回転子９１８との間の摩擦は、回転フレーム１０６を減速させ、回転を停止させる。電力が回復したとき、アクチュエータ９０２は自動的に入口ポート９０４を開き、出口ポート９０６を閉じて、ブレーキ・シュー９１２を解放する。この実施形態では、チャンバ９０８を出る流体がロッド９１０を、よってブレーキ・シュー９１２を回転子９１８から離れる方向に引っ張る。この実施形態は、電力喪失に際して、自動的にブレーキ・シュー９１２が回転子９１８と係合し、回転子９１８を止めることを許容する。それ以外の時には、ブレーキ・シュー９１２は回転子９１８に係合せず、回転子は自由に回転できる。

図１１は、戻しばね１１０２が張力のもとでロッド９１０に取り付けられている実施形態を示している。電源が失われると、入口ポート９０４に流入する流体がその張力に打ち勝ち、ブレーキ・シュー９１２が回転９１８に係合するよう付勢される。電力が利用可能なときは、戻しばね１１０２はロッド９１０を引っ込められた位置に維持するか、ロッド９１０を第二の展開された位置から第一の引っ込められた位置に引っ張り、よってブレーキ・シュー９１２を回転子９１８から離れる方向に引っ張る。この実施形態では、ロッド９１０を第一の引っ込められた位置まで引っ張るために吸引は使われても使われなくてもよい。

もう一つの実施形態では、コントローラ１１４は、回転子９１８を制動するようブレーキ・シュー９１２を展開させるようアクチュエータ９０２に求める制御信号を生成してもよい。この実施形態では、ブレーキ・シュー９１２は、電力が利用可能なとき、たとえば任意のまたはすべての制動サイクルの間に、回転子９１８を選択的に制動するためにも使うことができる。これは、単独で制動コンポーネント１１２を使って回転子９１８を制動する、あるいは制動コンポーネント１１２を使って他の制動技法を支援することを含んでいてもよい。

もう一つの実施形態では、センサー１１０４および／または１１０６（図１１）が制動コンポーネント１１２に取り付けられ、ブレーキ・シュー９１２が回転子９１８に係合しているか否かを感知する。この情報は、ブレーキが作動しているのにシステム１００が回転フレーム１０６を回転させようとすることを防止するために使うことができる。そのようなセンサーは、ソレノイド中に統合される、あるいはアクチュエータ９０２中に統合されることができる。センサーはあるいはまた、ロッド９１０および／またはブレーキ・シュー９１２の動きを感知する変位センサーであってもよい。

上記の実施形態はCTスキャナとの関連で記述されているが、他の撮像および／または非撮像用途も本願で考えられていることは理解しておくべきである。たとえば、少なくとも図１および図２との関連で述べたベアリングの概念は、これに限られないが、比較的低い硬さおよび／または細い断面をもつ大直径ベアリングを含む任意のベアリングに適用できる。そのようなベアリングは、若干の例を挙げれば、戦車の砲塔、掘削機、ヘリコプターおよび風車に見出すことができる。いくつかの例では、ベアリングは旋回ベアリング（slew bearing）と称されることがある。もちろん、本概念は、小型および／または中型のベアリングにも適用できる。

大直径で細い断面のベアリングは一般に、本来的に比較的低い硬さのため、より小さなものに比べてレースウェイ歪みを受けやすい。よって、そのようなベアリングは、より小型の対応物に比べてより可撓性である。ベアリングは一般に、比較的柔軟／可撓性なので、一般にその支持構造／ハウジングの硬さを帯びる／取る。支持構造がその硬さ（または荷重伝達経路）において非一様である場合、より硬い部分を構造的な硬い点と見ることができる。これらの硬い点では、過剰なベアリング荷重が見られることがあり、これがベアリング寿命を短くする。例として、三つの支持柱によって空中に懸架される大きなベアリング／リング（直径30フィート）について、各柱のところに硬い点がある。

より一般には、ベアリング以外の用途も考えられる。一例は、二つの臨界表面（critical surface）を一緒に合わせる（軸方向にまたは動径方向に）必要があるときはいつでもである。そのような場合には、撓曲材が変形し、表面／フィーチャーを無傷のままにする。たとえば、フィーチャーの形は同じままであるが、撓曲材は完璧でない表面にフルに従う。

図１２、図１３および図１４は、システム１００が、空気ベアリングのような非接触のベアリング１２００を含み、制動コンポーネント１１２（図１）が非接触ベアリング１２００の一部である実施形態を示している。図１２は、空気ベアリング１２００の側面断面図を示しており、図１３はシステム１００の背面からの空気ベアリング１２００の図を示しており、図１４は空気ベアリング１２００の斜視図を示す。

好適な空気ベアリングの例は米国特許第6,276,145号、第6,404,845号および第7,023,952号ならびに特許出願第11/568,227号において記述されており、これらの全体はここに参照によって組み込まれる。空気ベアリング１２０は、誘導モーター、DCブラシレス・モーター、磁気モーターまたは他の非接触モーターのような非接触モーターを用いて駆動されることができる。

図１２〜図１４に関し、ベアリング１２００は、回転ガントリー１０６に取り付けられる第一の部分１２０２を含む。第一の部分１２０２は回転ガントリー１０６とともに回転する。図示された第一の部分１２０２は環状の「T」字型のリングで、「T」のそれぞれの側にベアリング・レース１２０４がある。第一の部分１２０２の他の形も本願では考えられている。

さらに図１２〜図１４に関し、ベアリング１２００は、静止ガントリー１０２（図示せず）に取り付けられる一つまたは複数の第二の部分１２０６をも含む。第二の部分１２０６はベアリング・レース１２０４に隣接して位置される。のちにさらに詳述するように、第二の部分１２０６をベアリング・レース１２０４から分離し、それにより回転ガントリー１０６が自由に回転できるようにするために流体が使われる。

図１２〜図１４では、全部で７個の第二の部分１２０６があることを注意しておく。３個は「T」の裏側１２０８に位置され、２個は「T」の前側１２１０に位置され、２個は「T」の外側縁部１２１２に隣接して位置される。他の実施形態は、位置の異なる第二の部分１２０６も含め、より多いまたはより少ない第二の部分１２０６を含む。

図示した実施形態では、ソレノイドのようなバルブ１２１８が流体１２２０（たとえば空気）を流体源１２２２から第二の部分１２０６に流入して、第二の部分１２０６とレース１２０４との間に実質的に摩擦のない流体ギャップを創り出すのを容易にすることを選択的に許容する。バルブ１２１８に与えられる流体は、加圧チャンバ、コンプレッサ、流体空気移動器（fluid air mover）などのようなさまざまな源に由来することができる。簡明のため、一つのバルブ１２１８だけが図示した例に示されているが、バルブ１２１８は、第二の部分１２０６の全部ということも含め、第二の部分１２０６のうちの二つ以上とともに使うことができる。

コントローラ１４（図１）がバルブ１２１８を制御する。一例では、バルブ１２１８は、電気制御される通常は開のバルブであり、コントローラ１１４からの制御信号を介して閉じられる。この例では、制御信号なしではバルブ１２１８は自動的に開き、流体はバルブ１２１８を通じて流れることが禁止される。バルブ１２１８の開放または閉状態から開状態へのバルブ１２１８の繊維を容易にするために、ばね装荷されたバルブを使うことができる。コントローラ１１４はまた、制御可能にバルブ１２１８を開く制御信号を生成したり、あるいはバルブ１２１８を制御可能に開く前記制御信号を供給しないこともできる。他の実施形態では、通常閉のまたは他のバルブが用いられる。

図示した実施形態では、第二の部分１２０６の少なくとも一つは、ブレーキ・パッド１２１６が取り付けられたベアリング・ブロック１２１４を含み、ブレーキ・パッド１２１６がレース１２０４に物理的に係合する第一の位置とブレーキ・パッド１２１６がレース１２０４から分離されている第二の位置との間で動くよう構成される。レース１２０４に係合するとき、ブレーキ・パッド１２１６は回転ガントリー１０６が回転するのを禁止する、あるいは回転ガントリー１０６を減速させる。レース１２０４から係合解除された、あるいは分離されたときは、回転ガントリー１０６は自由に回転できる。

図１５および図１６は、ブレーキ・パッド１２１６をもつ例示的な第二の部分１２０６を示している。この例では、チャネル１５０２は、ベアリング・ブロック１２１４を通じて、ベアリング・ブロック１２１４の背面側１５０４から、ベアリング・ブロック１２１４の前面側１５０６に、z軸方向に沿って延在する。チャネル１５０２は、ベアリング・ブロック１２１４の前面１５０６における二次元の凹部１５０８につながっている。パッド１２１６はベアリング・ブロック１２１４の前面１５０６に取り付けられて、凹部１５０８を覆う。好適なパッド１２１６は、空気に対して多孔性であり、比較的低い摩耗レートをもち、回転ガントリー１０６をブレイクすることのできる比較的高密度の炭素材料を含む。他のパッドも本願では考えられている。

図１６に示されるように、バルブ１２１８が閉じられるとき、流体はチャネル１５０２を通じて凹部１５０８まで進み、レース１２０４に関して略一様な仕方で多孔性材料を通じて分散し、パッド１２１６とレース１２０４との間にギャップ１６０２を創り出す。図１５に示されるように、バルブ１２１８が開いているとき、流体はバルブ１２１８を通じてベアリング・ブロック１２１４およびパッド１２１６まで流れず、パッド１２１６はレース１２０４に係合する。材料中の孔は、破片が孔を詰まらせることはないよう、概して十分大きい。また、孔を通じて空気を通し、破片をパッドの表面から放逐することもできる。

図１７および図１８は、第二の部分１２０６をマウンティング装置１７０２を使って静止ガントリー１０２に取り付けるための例示的なアプローチを示している。マウンティング装置１７０２は、第二の部分１２０６の背面側１５０４を静止ガントリー１０２にマウントする。図示したマウンティング装置１７０２は、第二の部分１２０６が並進および／または回転することを許容するよう構成され、xy平面において第二の部分１２０６の中心領域１７０４からオフセットされて位置される。

図のように、マウンティング装置１７０２の中心領域１７０６は、第二の部分１２０６の二つの端部のうちの第一の端部１７１０から第一の距離１７０８のところ、かつ前記二つの端部のうちの第二の端部１７１４から第二のより大きな距離１７１２のところに位置される。結果として、第二の部分１２０６は、レース１２０４から離れるほうに並進するにつれて傾斜する傾向がある。より短い部分が回転ガントリー１０６のほうに傾き、より長い部分が回転ガントリー１０６から離れるほうに傾く。

例示的な傾斜が図１８に示されている。第二の部分１２０６は、より短い部分が、回転ガントリー１０６の回転方向１８０４に関して先導エッジ（leading edge）１８０２であり、より長い部分が、回転ガントリー１０６の回転方向１８０４に関して後端エッジ（trailing edge）１８０６であるようマウントされていることを注意しておく。第二の部分１２０６がレース１２０４に係合するとき、先導エッジ１８０２は、後端エッジ１８０６より前に、レース１２０４に物理的に接触する。これは、後端エッジ１８０６がレース１２０４に先に接触するとして場合に起こりうるような、第二の部分１２０６がレース１２０４のえぐるのを緩和しうる。

図示した実施形態は、単一の第二の部分１２０６をブレーキとして使うことを記載しているが、前記第二の部分１２０６の一つまたは複数がブロック１２１４およびパッド１２１６を含み、ブレーキとして使われてもよいことは理解しておくべきである。システム１００が複数のそのような第二の部分１２０６を含む場合、前記第二の部分１２０６の部分集合または全部が個々にまたは並行してブレーキとして使用できる。

さらに、コントローラ１１４は、ブレーキとして使う特定の第二の部分（単数または複数）１２０６を選択する頭脳を含んでいてもよい。たとえば、一例では、システム１００は、パッド１２１６の摩耗に基づいて第二の部分１２０６を選択してもよい。別の例では、システム１００は回転ガントリーの回転速度に基づいて第二の部分（単数または複数）１２０６を選択してもよい。緊急目的のためには、ある実施形態では、前記第二の部分の一つまたは複数が、電源が失われたときに回転ガントリー１０６を制動するために自動的に使用される。

もう一つの実施形態では、空気多孔性パッドに加えて、または空気多孔性パッドの代わりに開口パッドが使用される。一般に、開口パッド（orifice pad）は、孔ではなく、空気を分配する一つまたは複数の加工されたポケットを使う。ある好適な開口パッドでは、ポケットは、ひっかき傷またはその他の欠陥によって損なわれないよう構成される。一例では、パッドのレース１２０４に接触するセクションが摩擦材料を含む。これらのセクションを開口に接触しないよう構成することによって、パッドは、本稿で記載した多孔性パッド１２１６と実質的に同様に振る舞う。

もう一つの実施形態では、ベアリングは磁気ベアリングである。一般に、磁気ベアリングは、静止側と回転側の間に空気ギャップを設けるために磁力を使う。一例では、ベアリングは、磁力を生成する電源によって給電される電磁ベアリングである。ベアリング・ハウジングに炭素を適用することによって、本稿で記載したのと同様の効果が見られる。電磁ベアリングから電力が失われたときは、回転部分が炭素に接触し、減速して停止する。この場合、電源が失われるだけでブレーキが作動することを注意しておく。

図１９は、撮像システム１００の静止ガントリー１０２に回転ガントリー１０６を結合する非接触ベアリングを用いる方法を示している。

１９０２では、通常開のバルブ１２１８が閉じられ、空気が空気源１２２２から第二の部分１２０６のベアリング・ブロック１２１４のチャネル１５０２に通れるようにする。

１９０４では、空気がチャネル１５０２を通過して、略一様な仕方で第二の部分１２０６のパッド１２１６を通って放出される。

１９０６では、ベアリング１２００の第一の部分１２０２のレース１２０４に向けられた放出された空気によって、第二の部分１２０６がレース１２０４から離れるよう引っ込められ、両者の間に摩擦のないギャップが残る。

１９０８では、回転ガントリー１０６がベアリング１２００の第二の部分１２０６に関して自由に回転するよう駆動される。

図２０は、電力喪失の際に回転ガントリー１０６を阻止または減速させる方法を示している。

２００２では、バルブ１２１８のような、電気的に閉じられている、電気的に制御される通常開のバルブを通じて第二の部分１２０６に空気が与えられる。

２００４では、空気がチャネル１５０２を通って、略一様な仕方でパッド１２１６を出る。

２００６では、空気によって、第二の部分１２０６が、レース１２０４から離れるよう引っ込む。

２００８では、回転ガントリー１０６が、ベアリング１２００の第二の部分１２０６に対して自由に回転するよう駆動される。

２０１０では、システム電力が失われるとき、電力が電気的に制御されるバルブから除去される。

２０１２では、電気的に制御されるバルブが自動的に開いて、第二の部分１２０６への空気の流れを阻止する。

２０１４では、第二の部分１２０６がレース１２０４のほうに動いてレース１２０４と係合し、回転ガントリー１０６が回転するのを阻止するまたは回転ガントリー１０６を静的位置に保持する。

図２１は、回転ガントリー１０６を制御可能に阻止するまたは減速させる方法を示している。

２１０２では、バルブ１２１８のような、電気的に閉じられている、電気的に制御される通常開のバルブを通じて第二の部分１２０６に空気が与えられる。

２１０４では、空気がチャネル１５０２を通って、略一様な仕方でパッド１２１６を出て、第二の部分１２０６にレース１２０４から離れるよう引っ込ませる。

２１０６では、回転ガントリー１０６が、ベアリング１２００の第二の部分１２０６に対して自由に回転するよう駆動される。

２１０８では、バルブを通過する空気の流れを選択的に制限するようバルブに制御信号が与えられる。

２１１０では、パッド１２１６が制御可能にレース１２０４に係合し、回転ガントリー１０６を回転から減速させるまたは止める。

本稿では、本発明についてさまざまな実施形態を参照して述べてきた。本稿の記載を読めば、他の者にも修正や変更が思いつくことがありうる。本発明は、付属の請求項およびその等価物の範囲内にはいる限りそのようなすべての修正および変更を含むものと解釈されることが意図されている。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
撮像システムであって：
z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転フレームと；
第二のフレームと；
前記回転フレームを前記第二のフレームに回転可能に結合する支持部とを有しており、
前記回転フレームまたは前記第二のフレームの一方は前記支持部に柔軟に結合され、前記回転フレームまたは前記第二のフレームの他方は前記支持部に剛性に結合される、
撮像システム。
〔態様２〕
前記支持部が：
固定子と；
第一のベアリング部分と；
前記固定子および前記第一のベアリング部分を結合するベアリング支持部とを有する、
態様１記載の撮像システム。
〔態様３〕
前記第一のベアリング部分が前記ベアリング支持部に柔軟に結合される、態様２記載の撮像システム。
〔態様４〕
前記ベアリング支持部（２０８）が：対応するきわめて柔軟な領域によって互いに離間された少なくとも二つの部材（２１４）を有し、各部材の第一の側が前記固定子に結合され、各部材の第二の側が前記第一のベアリング部分に結合される、態様２または３に記載の撮像システム。
〔態様５〕
当該撮像システムを介して導入される応力のもとで前記部材が変形し、それにより前記応力を軽減する、態様４記載の撮像システム。
〔態様６〕
前記回転フレームが：第二のベアリング部分を有し、前記回転フレームおよび前記支持部（１０８）は前記第一および第二のベアリング部分を通じて結合される、態様２ないし５のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様７〕
前記回転するフレームおよび前記第二のフレームのための横断軸に沿った構造上の支持を与えるフレーム・スチフナーをさらに含む、態様１ないし６のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様８〕
前記回転フレームに選択的にブレーキをかける制動コンポーネントをさらに含む、態様１ないし７のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様９〕
前記制動コンポーネントがブレーキ・シューをもつアクチュエータを有し、前記アクチュエータが、前記回転フレームを制動するために、前記ブレーキ・シューを前記回転フレームのほうに付勢する、態様８記載の撮像システム。
〔態様１０〕
前記制動コンポーネントが、前記回転フレームに取り付けられた第一の部分および前記第二のフレームに取り付けられた第二の部分を含む非接触の流体ベアリングの一部であり、前記第二の部分は前記回転フレームを制動するよう前記第一の部分に係合する、態様８記載の撮像システム。
〔態様１１〕
前記制動コンポーネントが電気的に制御される通常は開のバルブによって制御され、前記バルブは前記システムから電力が除かれたときに自動的に開き、それにより前記回転フレームを制動する、態様１０記載の撮像システム。
〔態様１２〕
撮像システムであって：
z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転フレームと；
z軸方向に傾斜する傾斜フレームであって、前記回転フレームは前記傾斜フレームに回転可能に結合される、傾斜フレームと；
静止フレームであって、前記傾斜フレームは前記静止フレームに傾斜可能に結合されている、静止フレームと；
前記回転フレームおよび前記傾斜フレームの横断軸に沿っての構造上の支持を提供するフレーム・スチフナーとを有する、
撮像システム。
〔態様１３〕
前記フレーム・スチフナーが：
前記静止フレームに取り付けられ、チャネルを形成する少なくとも一つのガイドを含む第一の部分と；
前記傾斜フレームに取り付けられる第二の突出部分とを有しており、前記第二の突出部分が前記少なくとも一つのガイドによって前記チャネル内を案内される、
態様１２記載の撮像システム。
〔態様１４〕
前記第一の部分が：
第一の静止側と；
第二の自由浮動側とを有しており、前記第一の側および前記第二の側は、高度に柔軟な領域によって互いに離間されており、基部（５０６）において互いに結合されている、
態様１３記載の撮像システム。
〔態様１５〕
前記第二の自由浮動側を前記第一の静止側のほうに付勢する予荷重を与えられた固定具をさらに有する、態様１４記載の撮像システム。
〔態様１６〕
前記第二の突出部分が前記チャネル内にあるときに、付勢された前記第二の自由浮動側が前記第二の突出部分に物理的に係合する、態様１５記載のシステム。
〔態様１７〕
前記第二の自由浮動側が、前記第二の突出部分を横方向に支持し、それにより前記傾斜フレームを横方向に支持する、態様１６記載の撮像システム。
〔態様１８〕
少なくとも一つのフレーム・スチフナーをさらに含み、すべての傾斜角度について少なくとも一つのフレーム・スチフナーが対応するチャネルのうちの少なくとも一つの範囲内にあるよう、前記フレーム・スチフナーが位置される、態様１２ないし１７のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様１９〕
撮像システムであって：
z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転ガントリーと；
静止ガントリーと；
前記回転ガントリーおよび前記静止ガントリーを回転可能に結合する非接触流体ベアリングとを有しており、前記非接触ベアリングは：
前記回転ガントリーに取り付けられた第一の部分と：
前記静止ガントリーに取り付けられた第二の部分を含み、前記回転ガントリーを制動するために前記第二の部分は前記第一の部分に係合する、
撮像システム。
〔態様２０〕
前記第二の部分に空気を供給するバルブをさらに有しており、前記バルブによって前記第二の部分に空気が供給されるのに応答して前記第二の部分は前記第一の部分から離れる方向に引っ込み、前記第二の部分を、よって前記回転ガントリーを自由に回転できるようにする、態様１９記載の撮像システム。
〔態様２１〕
前記バルブによって前記第二の部分に空気が供給されないときは前記第二の部分が前記第一の部分に物理的に係合し、回転する第二の部分を、よって回転する回転ガントリーを禁止するまたは減速させる、態様２０記載の撮像システム。
〔態様２２〕
前記バルブが電気制御される通常は開のバルブであり、前記バルブは当該システムから電力が除かれたときに自動的に開いて、前記回転ガントリーを制動する、態様１９ないし２１のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様２３〕
前記バルブが電気制御される通常は開のバルブであり、前記バルブは制御信号に基づいて選択的に開かれたり閉じられたりする、態様１９ないし２１のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様２４〕
前記第二の部分が：
チャネルをもつベアリング・ブロックと；
前記ベアリング・ブロックに取り付けられたブレーキ・パッドとを有しており、
前記チャネルを通じた空気の流れが前記ブレーキ・パッドから放出され、前記ブレーキ・パッドと前記第二の部分との間に摩擦のない空気ギャップを形成する、
態様１９ないし２３のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様２５〕
前記第二の部分が：
第一の端部と：
第二の対向する端部と；
前記第二の部分を前記静止ガントリーにマウントするマウンティング装置とを有しており、前記マウンティング装置は、前記第一および第二の端部に関する前記第二の部分の中央領域（１７０４）からオフセットされて位置されている、態様１９ないし２４のうちいずれか一項記載の撮像システム。
〔態様２６〕
前記第二の部分が、前記中央（１７０４）からより遠くに離れている端部が、他方の端部に比べて、前記第二の部分に近いよう、z軸を軸として傾斜する、態様２５記載の撮像システム。
〔態様２７〕
前記第二の部分の回転方向に対して、前記中央（１７０４）からより遠くに離れている端部が先導エッジであり、他方の端部が後端エッジである、態様２５または２６記載の撮像システム。
〔態様２８〕
撮像システムの回転フレームと前記撮像システムの第二のフレームを回転可能に結合する段階を含む方法であって、前記撮像システムの前記回転フレームまたは前記第二のフレームの一方は前記撮像システムの支持部に柔軟に結合され、前記撮像システムの前記回転フレームまたは前記第二のフレームの他方は前記撮像システムの前記支持部に剛性に結合される、方法。
〔態様２９〕
撮像システムの回転フレームおよび傾斜フレームのための横支持をフレーム・スチフナーを介して提供する段階を含む方法であって、前記傾斜フレームは前記撮像システムの静止フレームに傾斜可能に結合され、z軸方向に傾斜し、前記回転フレームは前記傾斜フレームに回転可能に結合され、z軸のまわりに回転する、方法。
〔態様３０〕
撮像システムの非接触ベアリングの第一の部分を用いて前記非接触ベアリングの回転する第二の部分を、よって前記第二の部分に結合された回転ガントリーを制動する段階を含む方法であって、前記非接触ベアリングは前記撮像システムの回転ガントリーを前記撮像システムの静止ガントリーに結合する、方法。
〔態様３１〕
態様３０記載の方法であって、前記第一の部分が第一の端部と第二の対向する端部とを含み、前記第一の部分は、前記第一および第二の端部に関する前記第一の部分の中央領域（１７０４）からオフセットされて位置されるよう前記静止ガントリーにマウントされており、当該方法はさらに、前記第一の部分を、前記中央（１７０４）からより遠くに離れている端部が、他方の端部に比べて、前記第二の部分に近いよう、z軸を軸として傾斜させることを含む、方法。

Claims (8)

1. 撮像システムであって：
   z軸のまわりで検査領域をめぐって回転する回転フレームと；
   第二のフレームと；
   前記回転フレームを前記第二のフレームに回転可能に結合する支持部とを有しており、
   前記回転フレームまたは前記第二のフレームの一方は前記支持部に少なくとも部分的には変形可能な部材を介して結合され、前記回転フレームまたは前記第二のフレームの他方は前記支持部に固定的に結合され、
   前記支持部が：
   固定子と；
   第一のベアリング部分と；
   前記固定子および前記第一のベアリング部分を結合するベアリング支持部とを有し、
   前記ベアリング支持部が、間に物質のない領域をおいて互いに離間された少なくとも二つの可撓性の部材を有し、各部材の第一の側が前記固定子に結合され、各部材の第二の側が前記第一のベアリング部分に結合される、
   撮像システム。
2. 前記第一のベアリング部分が前記ベアリング支持部に柔軟に結合される、請求項１記載の撮像システム。
3. 当該撮像システムを介して導入される応力のもとで前記部材が変形し、それにより前記応力を軽減する、請求項１記載の撮像システム。
4. 前記回転フレームが：第二のベアリング部分を有し、前記回転フレームおよび前記ベアリング支持部は前記第一および第二のベアリング部分を通じて結合される、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の撮像システム。
5. 前記回転するフレームおよび前記第二のフレームのための横断軸に沿った構造上の支持を与えるフレーム・スチフナーをさらに含み、
   前記フレーム・スチフナーがチャネルを形成する少なくとも一つのガイドおよび突出部分を有しており、前記突出部分が前記少なくとも一つのガイドによって前記チャネル内を案内される、
   請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の撮像システム。
6. 前記回転フレームに選択的にブレーキをかける制動コンポーネントをさらに含む、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の撮像システム。
7. 前記制動コンポーネントがブレーキ・シューをもつアクチュエータを有し、前記アクチュエータが、前記回転フレームを制動するために、前記ブレーキ・シューを前記回転フレームのほうに付勢する、請求項６記載の撮像システム。
8. 前記制動コンポーネントが、前記回転フレームに取り付けられた第一の部分および前記第二のフレームに取り付けられた第二の部分を含む非接触の流体ベアリングの一部であり、
   前記制動コンポーネントが、前記第二の部分を前記第一の部分に係合するよう付勢する流体を供給する入口ポートを閉じるアクチュエータを有しており、前記アクチュエータはシステム電力が失われると前記入口ポートを開いて前記第二の部分を前記第一の部分に係合させて前記回転フレームを制動するよう構成されている、請求項６記載の撮像システム。

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