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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bilderfassung und insbesondere
auf die Bilderfassung von Szintillatorschirmen.
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Eine
optische Aufnahme einer flächigen Bildquelle, wie z. B.
eines Schirms, der als Szintillatorschirm ausgebildet sein kann,
kann mit einer oder mehreren Kameras stattfinden. Eine solche Aufnahme
eines Schirms wird z. B. durch eine Röntgenkamera erreicht,
die in der digitalen Radioskopie beispielsweise für die
Qualitätskontrolle von Produkten eingesetzt werden kann.
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In
der medizinischen Radioskopie werden zur Zeit vorzugsweise so genannte
Flat-Panel-Detektoren eingesetzt. Bei diesen wird die Röntgenstrahlung
in der Regel über einen Szintillatorschirm in sichtbares
Licht gewandelt, und dieses wird dann über eine in Strahlrichtung
direkt hinter dem Szintillatorschirm angeordnete Halbleiterschicht,
die meist aus amorphem Silizium besteht, nachgewiesen und in ein
Bild umgesetzt. Die Effizienz eines Szintillatorschirms hängt
unter anderem von der eingestellten Energie der Röntgenquanten
ab. Je höher die Energie der Röntgenstrahlung
ist, desto weniger Röntgenquanten werden im Szintillator
absorbiert und tragen zum Bild bei. Die nicht absorbierten Röntgenquanten
können von der darunter liegenden Halbleiterschicht absorbiert
werden, wodurch diese geschädigt wird. Diese Strahlenschäden
führen bei entsprechender Dosis letztendlich zum Ausfall
des Detektors.
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In
der Medizin sind auch Detektoren im Einsatz, bei denen die Röntgenstrahlung
zunächst ebenfalls durch einen Szintillator in sichtbares
Licht gewandelt wird. Dieses wird jedoch anschließend optisch
z. B. auf CCD-Kameras abgebildet.
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Das
deutsche Patent
DE
10301941 B4 zeigt eine Kamera zur optischen Aufnahme eines
Schirms, wobei der Schirm eine Fläche aufweist, und wobei
für die optische Aufnahme eine vorbestimmte Gesamtauflösung
vorgesehen ist, mit einem Kameraträger mit einem Array
von Kamerabefestigungen, einem Array von optischen Einzelkameras,
wobei jede optische Einzelkamera an einer zugeordneten Kamerabefestigung
fest angebracht ist, wobei eine optische Einzelkamera einen Lichtsensor
und eine Optikabbildungseinrichtung aufweist, wobei der Lichtsensor
und die Optikabbildungseinrichtung wirksam sind, um eine Teilfläche
der Schirmfläche mit einer Einzelauflösung aufzunehmen,
die höher als die Gesamtauflösung ist, und einer
Bildverarbeitungseinrichtung zum Bearbeiten von digitalen Einzelbildern des
Arrays von optischen Einzelkameras, um die optische Aufnahme des
Schirms mit einer vorbestimmten Gesamtauflösung zu erzeugen,
wobei die Bildverarbeitungseinrichtung wirksam ist, um die digitalen
Einzelbilder einer Korrektur zu unterziehen, um Ausrichtungsungenauigkeiten
und/oder Parameterschwankungen in dem Array von optischen Einzelkameras
zu reduzieren, wobei für die Korrektur eine für ein
Einzelbild bei einer Kalibrierung bestimmte Korrekturvorschrift
verwendet wird, und wobei die Korrektur bei einer Korrekturauflösung
stattfindet, die höher als die vorbestimmte Gesamtauflösung
und niedriger oder gleich der Einzelauflösung ist, um korrigierte
Einzelbilder oder ein korrigiertes Gesamtbild zu erhalten, und um
benachbarte Pixel der korrigierten Einzelbilder zu kombinieren und
die Bilder dann zusammenzusetzen, oder um benachbarte Pixel des korrigierten
Gesamtbilds zu kombinieren, um die optische Aufnahme mit der vorbestimmten
Gesamtauflösung zu erhalten.
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Die
EP 0862748 A1 beschreibt
eine Anordnung, bei der das von einem Szintillator ausgehende sichtbare
Licht über eine V-förmige Spiegelanordnung seitlich
umgelenkt wird. Diese seitliche Umlenkung führt dazu, dass
der optische Strahlengang hinter dem Spiegel im Wesentlichen parallel
zum Szintillatorschirm liegt. Hierdurch können strahlungsempfindliche
Kameras außerhalb des Röntgenstrahlengangs angeordnet
werden und gleichzeitig Strahlenschäden vermieden werden.
Eine solche Anordnung ist beispielsweise in
6 gezeigt.
Insbesondere ist ein Szintillator
600 vorhanden, gegenüber
dem die V-förmige Spiegelanordnung
602 angeordnet
ist. Die Spiegelanordnung
602 lenkt das von dem Szintillator
600 empfangene
Licht um. Im Strahlengang der umgelenkten Strahlung befinden sich
zwei Sensoren
604,
606, wobei der Sensor
604 einen
ersten Teilbereich
600a abbildet, während der
zweite Sensor
606 einen zweiten Teilbereich
600b des
Szintillatorschirms abbildet. Die seitliche Anordnung der Sensoren
604,
606 ermöglicht
ferner eine reduzierte Aufbauhöhe der Anordnung, so dass
sich diese Anordnung in konventionelle Filmkassetten einbauen lässt.
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Eine
weitere Alternative zu der in 6 gezeigten
Anordnung ist in 5 dargestellt. Hier ist nur
ein einziger Spiegel 603 angeordnet, der den gesamten Szintillator 600 auf
einer einzigen Sensorkamera 605 abbildet. Auch hier ist
der Sensor 605 seitlich bezüglich des Szintillators
angeordnet.
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Nachteilig
an den in 5 und 6 dargestellten
Konzepten ist, dass zwar die Bauhöhe senkrecht zum Szintillatorschirm
reduziert wird, da die Sensoren seitlich angeordnet sind. Allerdings
hat die seitliche Anordnung der Sensoren wiederum den Nachteil,
dass die seitliche Dimension der Röntgenkamera deutlich
zunimmt. So ist die Baugröße der Röntgenkamera
bei dem in 6 gezeigten Konzept nicht mehr
durch den Szintillatorschirm 600 bestimmt, sondern durch
den Platzbedarf der beiden Sensorkameras 604, 606 und
den minimalen Abstand der beiden Sensorkameras 604, 606 von
dem V-förmigen Spiegel 602, damit die optischen
Abbildungsverhältnisse erreicht werden. Die Länge
der Röntgenkamera nimmt daher im Vergleich zu der Implementierung,
bei der die Halbleiterschicht direkt hinter dem Szintillatorschirm
angeordnet ist, stark zu.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kompakteres
Konzept zur Erfassung eines Bildes von einer flächigen
Bildquelle zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes gemäß Patentanspruch
1, ein Verfahren zur Erfassung eines Bildes gemäß Patentanspruch
24 oder ein Verfahren zum Herstellen einer Erfassungsvorrichtung
gemäß Patentanspruch 26 gelöst.
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Die
Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes umfasst eine Bildquelle,
eine Spiegelanordnung zum Umlenken von Strahlung, die von der Bildquelle
erzeugbar ist, und einen Detektor zum Aufnehmen einer durch die
Spiegelanordnung umgelenkten Strahlung, wobei die Spiegelanordnung
einen ersten Spiegel, der angeordnet ist, um die von der Bildquelle
erzeugte Strahlung zu reflektieren, und einen zweiten Spiegel aufweist,
der angeordnet ist, um eine von dem ersten Spiegel reflektierte
Strahlung zu reflektieren, wobei der erste Spiegel und der zweite
Spiegel voneinander beabstandet sind und zueinander parallel sind
oder einen Winkel kleiner als 90° bilden.
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Insbesondere
dann, wenn die Bildquelle flächig ist und als Szintillator
ausgebildet ist, und die Vorrichtung zur Erfassung als Röntgenkamera
ausgebildet ist, wird für eine kompakte Implementierung die äußere
Abmessung der Röntgenkamera in zwei Dimensionen, also der
Länge und der Breite in etwa der Länge und Breite
des Szintillators entsprechen. Die Tiefe wird dagegen von der Spiegelanordnung und
dem Detektor bestimmt. Der Szintillator stellt im Hinblick auf seine
Länge und Breite ein wesentliches Element einer Aufnahmevorrichtung
dar. Ist der Szintillator größer, also länger
und/oder breiter, so wird auch eine größere Kamera
akzeptiert. Wird dagegen der Szintillator kleiner, also schmäler
und kürzer, so soll auch die Abmessung der Kamera abnehmen.
Um zu erreichen, dass die Abmessung der Kamera in zwei Dimensionen
im Wesentlichen durch die Abmessung des Szintillatorschirms in den
beiden Dimensionen bestimmt wird, wird gemäß der
vorliegenden Erfindung der Detektor gegenüber einer Bildquelle
und vorzugsweise sogar im Strahlengang der Bildquelle angeordnet.
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Um
jedoch eine Entkopplung des Detektors von der Bildquelle für
den Fall zu schaffen, dass die Bildquelle ein Szintillator ist und
für den Detektor schädliche Röntgenstrahlen
vorhanden sind, wird eine Spiegelanordnung zwischen den Detektor
und die Bildquelle gesetzt, die ausgebildet ist, um Strahlung, die
von der Bildquelle ausgegeben wird, umzulenken und auf den Detektor
zu werfen.
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Vorzugsweise
ist die Bildquelle eine flächige Bildquelle, die bei einem
Ausführungsbeispiel eine ebene oder gekrümmte
(z. B. zylindrisch) Fläche haben kann, die die zu detektierende
Strahlung emittiert. Die Bildquelle wird lediglich beispielhaft
als Szintillator beschrieben. Auch andere Bildquellen, wie z. B.
Spiegel oder Bildschirme beliebiger Art können ebenfalls
als Bildquelle eingesetzt werden. Auch in diesen Fällen
ist es von Vorteil, wenn die Abmessungen der Kamera in zwei Dimensionen,
also Länge und Breite, durch die Abmessungen der Bildquelle
in diesen Dimensionen festgelegt wird.
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Die
Spiegelanordnung umfasst insbesondere einen ersten Spiegel, der
ausgebildet ist, um von der flächigen Bildquelle emittiertes
Licht zu reflektieren. Die Spiegelanordnung umfasst ferner einen zweiten
Spiegel, der angeordnet ist, um das von dem ersten Spiegel reflektierte
Licht erneut zu reflektieren. Der erste und der zweite Spiegel sind
voneinander beabstandet und zueinander parallel oder in einem spitzen
Winkel zueinander angeordnet. Damit tritt jede Strahlung, wie beispielsweise
Röntgenstrahlung, die von den Spiegeln nicht abgelenkt
wird, auf einen Spiegel und wird durch den Spiegel bereits gedämpft,
ohne dass weitere Maßnahmen zur Abschirmung erforderlich
sind. Für Anwendungen, bei denen die Röntgenstrahlenenergie
nicht so besonders stark ist, kann dies bereits ausreichend sein,
um sicherzustellen, dass ein empfindlicher Detektor keine zu große
Strahlendosis erhält. Wird dagegen mit höherer Strahlungsenergie
gearbeitet, so können die Spiegel speziell ausgebildet
sein, um eine Abschirmung für Röntgenstrahlen
zu liefern, wobei Abschirmungsmaterialien für Röntgenstrahlen
z. B. Blei oder Wolfram sind.
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Das
sandwichartige Aufnehmen der Spiegelanordnung zwischen dem Detektor
und der flächigen Bildquelle führt zu einem kompakten
und einfach herstellbaren und damit auch aus dem Aspekt der Herstellungskosten
effizienten System. Die gesamte Anordnung der Röntgenkamera
kann anhand des Szintillators und des vom Szintillator emittierten Lichts
ausgelegt werden, derart, dass ein kompakter Gegenstand erhalten
wird, dessen Größe mit der Größe
des Szintillators und damit mit dem inhärenten Qualitätsmerkmal
skaliert.
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Das
Konzept der Verwendung von wenigstens zwei Spiegeln in der Spiegelanordnung
eignet sich besonders gut für eine teilbereichsweise Abbildung
eines Szintillators, die dann von Nöten ist, wenn der Szintillator
besonders groß ist.
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Eine
Aufteilung des Szintillators in Teilbereiche, die von verschiedenen
Spiegeln umgelenkt und auf eine spezielle Detektorkamera gerichtet
werden, gelingt ohne weiteres durch einfaches Hinzufügen weiterer
Spiegelpaare. Das einfache Aneinanderfügen weiterer Spiegelpaare
ermöglicht es, ein Kamerakonzept für verschiedene
Szintillatorgrößen zu haben, das ohne weiteres
und ohne komplette Neuentwurfsnotwendigkeiten auf größere
und kleinere Szintillatoren umgesetzt werden kann. Der modulare
Aufbau kann einfach dadurch vorteilhaft verwendet werden, dass weitere
Spiegelpaare und damit korrespondierende weitere Detektorkameras
eingesetzt werden. In der dazu orthogonalen Richtung des zweidimensionalen
Szintillators ist ebenfalls ein einfacher modularer Aufbau möglich,
da ohne weiteres Detektorkameras nebeneinander angeordnet werden
können, um Teilbereiche der Umlenkspiegel zu erfassen. Ein
großer Szintillatorschirm kann daher mit einem Array an
Detektorkameras abgebildet werden, wobei jede Detektorkamera letztendlich
einen Teilbereich des Szintillatorschirms abbildet. Alternativ oder
zusätzlich können auch mehrere kleinere Spiegel
nebeneinander angeordnet werden, so dass ein Detektor immer einen
kleinen Spiegel komplett aufzeichnet, aber jeder kleine Spiegel
nur die Lichtstrahlung eines Teilbereichs der Bildquelle umlenkt.
Es können auch mehrere größere Spiegel
nebeneinander angeordnet werden, so dass eine Detektorkamera zum Beispiel
nur einen Teilbereich eines Spiegels erfasst und ein Spiegel dennoch
nicht das Licht der gesamten Bildquelle umlenkt, sondern nur Licht
eines Teilbereichs, der jedoch größer als der
Teilbereich ist, der letztendlich von einer Detektorkamera erfasst wird.
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Mittels
eines Computers können diese Einzelbilder dann zusammengesetzt
werden, wobei es vorteilhaft ist, eine Überlappung der
Teilbereiche sicherzustellen, damit auch bei kleineren Dejustierungen
keine Bildverluste, also nicht aufgenommene Stellen des Szintillatorschirms,
auftreten.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht daher die Aufteilung des
Szintillatorschirms auf einfache Art und Weise in eine prinzipiell
beliebige Anzahl optischer Kameras. Ohne Veränderung der
Bautiefe kann eine beliebig große Szintillatorfläche
auf eine entsprechend große Anzahl optischer Kameras abgebildet
werden. Darüber hinaus ist die Abmessung bzw. sind die
Ausmaße der Röntgenkamera in zwei Dimensionen
sehr ähnlich zur Größe des Szintillatorschirms
in diesen beiden Dimensionen, während dies bei einer seitlichen
Anordnung der optischen Kameras nicht erreicht werden kann.
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Bei
bevorzugten Ausführungsbeispielen wird auf jede Kamera
eine bestimmte Fläche des Szintillatorschirms abgebildet, wobei
sich die Flächen geringfügig überlappen,
um nach entsprechender Korrektur die gesamte Szintillatorfläche
darstellen zu können.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht daher einen modularen
Aufbau, so dass durch Hinzufügen weiterer Module in Form
von weiteren Spiegelpaaren oder in Form von Detektorkameras, die
unterschiedliche Bereiche von ein und demselben Umlenkspiegel erfassen,
jede beliebige Größe und Form eines Szintillators
abgebildet werden kann. Auf diese Weise kann eine Röntgenkamera
aufgebaut werden, die der Größe und Form des Prüfobjekts,
nach der sich letztendlich die Größe und Form
des Szintillatorschirms richtet, angepasst ist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert
erläutert. Es zeigen:
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1a eine
Prinzipdarstellung der prinzipiellen Anordnung der einzelnen Elemente
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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1b eine
schematische dreidimensionale Ansicht eines „Sandwich"
aus Szintillator, Spiegelanordnung und Detektor;
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2 eine
vertikale Anordnung mit zwei parallelen Spiegeln in Seitenansicht,
wobei senkrecht zur Zeichenebene beliebig viele Kameras in Reihen angeordnet
sein können;
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3 eine
2 × 2-Parallel-Spiegelanordnung in Seitenansicht, wobei
senkrecht zur Zeichenebene wieder beliebig viele Kameras in Reihen
angeordnet sein können;
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4 eine
vertikale Anordnung mit zwei parallelen Spiegeln und Blenden/Abschirmungen
zur Reduzie rung von Röntgenstreustrahlung bzw. des Öffnungswinkels
für direkte Strahlung in Seitenansicht, wobei senkrecht
zur Zeichenebene wiederum beliebig viele Kameras in Reihen angeordnet
sein können;
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5 eine
prinzipielle Anordnung einer Röntgenkamera mit einem Sensor
seitlich zum Szintillator; und
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6 eine
bekannte Anordnung einer Röntgenkamera mit V-förmiger
Spiegelanordnung und seitlich angebrachten Lichtsensoren.
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1a zeigt
eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Erfassung eines
Bildes. Die Vorrichtung zur Erfassung eines Bildes umfasst eine
flächige Bildquelle 100 und eine Spiegelanordnung 110 zum
Umlenken von Strahlung, die von der Bildquelle 100 erzeugbar
ist. Die Lichtstrahlung, die von der flächigen Bildquelle 100 erzeugt
wird, ist bei 102 schematisch dargestellt. Die Spiegelanordnung 110 empfängt
also eingangsseitig die Lichtstrahlung 102 und gibt eine
umgelenkte Lichtstrahlung 119 aus, die auf einen Detektor 120 fällt.
Der Detektor ist ausgebildet, um das durch die Spiegelanordnung 110 umgelenkte Licht
bzw. die umgelenkte Strahlung 119 aufzunehmen. Ausgangsseitig
kann der Detektor 120 mit einem Rechner 130 verbunden
sein, welcher das durch die flächige Bildquelle 100 erzeugte
Bild über einen Monitor bzw. einen Drucker in Form einer
Druckkopie (Hardcopy) oder als File (Softkopie) ausgibt. Das Gerät 140 kann
somit ein Speicher, ein Bildschirm, ein Drucker oder z. B. auch
eine Kommunikationsschnittstelle sein, um das Bild zu einem entfernt
angeordneten Drucker oder Monitor zu übertragen, damit
es dort schließlich ausgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich
kann auch anschließend an die Zusammensetzung der Einzelbilder
eine automatische Auswertung stattfinden und das Auswertungsergebnis
ausgegeben werden. Ferner kann auch eine Auswertung in Form einer
Computertomographie stattfinden, dass also eine Darstellung auf
der Basis von Schnittbildern erzeugt wird.
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Nachfolgend
wird Bezug nehmend auf 1b auf eine spezielle Ausführungsform
der Spiegelanordnung 110 eingegangen. Insbesondere umfasst
die Spiegelanordnung 110 zwei beabstandete Spiegel, wobei
insbesondere ein erster Spiegel 111 angeordnet ist, um
das von der flächigen Bildquelle 100 stammende
Licht bzw. die von der flächigen Bildquelle 100 stammende
Strahlung 102 zu reflektieren. Insbesondere ist der erste
Spiegel 111 so angeordnet, dass er das Licht nicht direkt
zurückreflektiert, sondern auf einen zweiten Spiegel 112 reflektiert,
wobei der zweite Spiegel 112 angeordnet ist, um das von
dem ersten Spiegel reflektierte Licht erneut zu reflektieren.
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Wie
es in 1b gezeigt ist, sind der erste und
der zweite Spiegel 111, 112 voneinander beabstandet
und zueinander parallel oder in einem spitzen Winkel angeordnet,
der kleiner als 90° ist. Damit wird sichergestellt, dass
das von dem zweiten Spiegel 112 reflektierte Licht in Richtung
des Detektors 120 reflektiert wird. So können
auch weitere Spiegel in der Spiegelanordnung 110 angeordnet
sein, die in 1b nicht gezeigt sind, auf die
jedoch noch Bezug nehmend auf z. B. 3 eingegangen
wird. Die Spiegelanordnung ist so, dass das von dem zweiten Spiegel 112 reflektierte
Licht wenigstens eine Komponente hat, die entlang der Richtung vom
Schirm 100 zum Detektor 120 gerichtet ist. Wäre
der Spiegel 112 daher etwas weiter nach unten geklappt,
so würde das von dem zweiten Spiegel 112 reflektierte
Licht z. B. eine Richtung haben, wie sie bei 113 eingezeichnet
ist. Die Strahlung 113 hat daher eine parallel zum Vektor 102 vorhandene
Komponente und zusätzlich eine in 1b nach
unten gerichtete Komponente. Um eine solche Strahlung zu detektieren, müsste
der Detektor 120 in 1b etwas
weiter unten angeordnet sein.
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Auf ähnliche
Art und Weise könnte der zweite Spiegel 112 im
Vergleich zur parallelen Anordnung von 1b etwas
nach oben gekippt sein, so dass eine von dem zweiten Spiegel 112 ausgegebene Strahlung
nach oben bezüglich des Vektors 102 gerichtet
wäre. Dann könnte der Detektor 120 etwas weiter
oben angeordnet werden, um diese Strahlung ebenfalls zu detektieren.
Die Anordnung der beiden Spiegel 111, 112 muss
daher nicht unbedingt parallel sein, sondern sollte zumindest so
sein, dass zwischen den beiden Spiegeln ein spitzer Winkel ist,
der also kleiner als 90° ist, damit die von dem zweiten Spiegel 112 ausgegebene
Strahlung wenigstens eine Komponente in Richtung des Vektors 102,
der der Normalenvektor auf der flächigen Bildquelle 100 ist, hat.
Je größer die zum Vektor 102 parallele
Komponente der durch den zweiten Spiegel 112 ausgegebenen
Strahlung ist, umso kompakter kann die gesamte Vorrichtung einschließlich
flächiger Bildquelle 100 und Detektor ausgebildet
werden, wobei ein Winkel zwischen beiden Spiegeln zwischen 0 und
80° speziell bevorzugt wird.
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Die
beiden Spiegel 111, 112 haben den Vorteil, dass
sie eine „Sichtverbindung" zwischen dem Detektor 120 und
der flächigen Bildquelle 100 verdecken, dass jedoch
dennoch das von der flächigen Bildquelle 100 zum
Detektor 120 geführte Licht detektierbar ist,
also durch die beiden Spiegel 111, 112 nicht abgeschattet
wird.
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Insbesondere
dann, wenn die flächige Bildquelle 100 ein Szintillator
ist, der auf seiner in 1b hinteren Seite durch eine
Röntgenstrahlung 99 angeregt wird, wird damit
erreicht, dass der Detektor 120, trotz der Tatsache, dass
er im Strahlengang angeordnet ist, vor den Röntgenstrahlen 99 geschützt
wird. Röntgenstrahlen, die durch den Szintillator 100 hindurch
treten, können nicht direkt zum Detektor gelangen, sondern
müssen die beiden Spiegel 111, 112 durchdringen.
Bei typischen Anordnungen sind die Spiegel 111, 112 lediglich
für von dem Szintillator 102 emittierte Lichtstrahlen
im sichtbaren Bereich reflektiv. Die Röntgen strahlen 99 werden
jedoch durch die Spiegel 111, 112 nicht reflektiert,
sondern gestreut oder absorbiert. Damit ist zwischen der Spiegelanordnung 110 und
dem Detektor 120 das Verhältnis zwischen der Intensität
der Lichtstrahlung 115 und der Röntgenstrahlung
größer als zwischen der Spiegelanordnung 110 und
der flächigen Bildquelle 100. Dies liegt daran,
dass durch die Spiegelanordnung die Röntgenstrahlung stärker
gedämpft wird als die sichtbare (Nutz-)Strahlung. Der Detektor 120,
der beispielsweise ein Detektor auf der Basis eines Halbleiterchips
wie beispielsweise ein Detektor mit einer CCD-Kamera ist, wird daher
durch die Spiegelanordnung 110 vor der Röntgenstrahlung 99 geschützt,
die dazu verwendet wird, um den Szintillator 100 anzuregen,
damit derselbe die Nutzstrahlung 102 emittiert. Allgemein
fällt auf den Szintillator 100 daher von der Rückseite
eine Strahlung mit kurzer Wellenlänge, und der Szintillator 100 emittiert
eine Strahlung 102 mit einer oder mehreren Wellenlängen,
die um einen Faktor von wenigstens 10 länger sind als die
Wellenlänge der Strahlung hinter dem Szintillator, wobei
die Spiegel 111, 112 für die kurzwellige
Strahlung dämpfend wirken und für die längerwellige
Strahlung reflektierend wirken bzw. für die längerwellige
Strahlung stärker reflektierend wirken als für
die kurzwellige Strahlung.
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Das
in 1a und 1b dargestellte
Konzept für eine Vorrichtung zur Erfassung eines von einer
flächigen Bildquelle wie beispielsweise eines Szintillatorschirms
erzeugten Bildes kann vorzugsweise zur Aufteilung des Szintillatorschirms
auf eine beliebige Anzahl optischer Kameras eingesetzt werden. Der
Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass ohne Veränderung
der Bautiefe eine beliebig große Szintillatorfläche
auf eine entsprechend große Anzahl optischer Kameras aufgeteilt
werden kann, und dennoch die Ausmaße der Röntgenkamera
in Länge und Breite im Wesentlichen der Größe
des Szintillatorschirms in Länge und Breite entspricht,
während dies im Stand der Technik nicht erreicht wird,
da dort die optischen Kameras seitlich bezüg lich des Szintillatorschirms
angeordnet werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise
auf jede Kamera eine bestimmte Fläche des Szintillators
abgebildet, wobei sich die Flächen geringfügig überlappen,
um nach entsprechender Korrektur die gesamte Szintillatorfläche
darstellen zu können, wobei diese Korrektur und das Zusammensetzen
der Einzelbilder der einzelnen Detektorkameras in dem Rechner 130 von 1a erfolgen
kann. Damit wird ein modularer Aufbau ermöglicht, bei dem
durch Hinzufügen weiterer Module prinzipiell jede beliebige
Größe und Form des Szintillators abgebildet werden
kann. Auf diese Weise kann eine Röntgenkamera aufgebaut
werden, die der Größe und Form des Prüfobjekts,
also des Objekts, das durch die Röntgenstrahlung 99 durchstrahlt
wird, angepasst ist.
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1b zeigt
eine Anordnung mit zwei Spiegeln 111, 112, wobei
in dem Detektor in y-Richtung ebenfalls eine oder z. B. mehrere
Kameras angeordnet werden können, um somit eine Kamerazeile
zu haben. Dann bildet jede einzelne Kamera einen Teilbereich des
von dem Spiegel 112 ausgegebenen Lichts 115 ab,
wobei dieser Teilbereich ein Teilbereich in y-Richtung in 1b ist.
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2 zeigt
eine alternative Anordnung, bei der mehrere Spiegelpaare in z-Richtung
angeordnet sind, wobei ferner mehrere Sensoren in z-Richtung ebenfalls
angeordnet sind, um jeweils das von dem zweiten Spiegel eines Spiegelpaars
reflektierte Licht zu erfassen. Insbesondere ist in 2 eine
gestrichelte Linienführung eingezeichnet, die bei 501 gezeigt
ist und die den Bereich 502 des Szintillators in z-Richtung
andeutet, der durch das erste Spiegelpaar 111, 112 erfasst
und auf eine erste Detektorkamera 121 richtet. Ein zweiter
Teilbereich in z-Richtung, der mit 505 bezeichnet ist,
wird durch ein zweites Spiegelpaar, das einen dritten Spiegel 116a und einen
vierten Spiegel 116b aufweist, erfasst und auf einen zweiten
Sensor 122 abgebildet. Der Abbildungs-„Vorgang” wird
durch die durchgezogene Linienführung 504 angedeutet.
Ein fünfter Spiegel 117a und ein sechster Spiegel 117b bilden
ein drittes Spiegelpaar, das einen Bereich 507 des Szintillators
in z-Richtung abbildet, wobei der Abbildungsvorgang durch die strichpunktierte
Linienführung 506 angedeutet ist, um diesen Bereich 507 auf
den dritten Sensor bzw. die dritte Sensorkamera 123 abzubilden.
Der Detektor 120 umfasst somit drei Detektorkameras 121, 122, 123,
wobei darauf hingewiesen wird, dass in y-Richtung nicht unbedingt
eine einzige Detektorkamera vorhanden sein muss, sondern typischerweise
mehrere Detektorkameras vorhanden sein können, derart,
dass der Detektor 120 ein Array von Detektorkameras aufweist,
wobei die Einzelbilder der Detektorkameras durch den Rechner 130 in ein
Gesamtbild zusammengesetzt werden.
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Ferner
ist in 2 angedeutet, dass sich die Bereiche des Szintillators,
die jeweils durch ein Spiegelpaar auf eine Kamera abgebildet werden
bzw. die auf eine Kamerazeile abgebildet werden, sich etwas überlappen.
Die Überlappung ergibt sich aufgrund der Überlappung
bzw. Überschneidung des Bereichs 502 mit dem Bereich 505 und
aufgrund der Überlappung des Bereichs 505 mit
dem Bereich 507.
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In 2 sind
sämtliche sechs Spiegel parallel zueinander angeordnet,
wobei der Spiegel 116a an der Rückseite des Spiegels 112 angebracht
ist. Dasselbe gilt für den vierten Spiegel 116b und
den fünften Spiegel 117a. Beide Spiegel sind wieder
mit ihren Rückseiten aneinander anstoßend angeordnet. Eine
spezielle Implementierung für das Element mit dem zweiten
Spiegel 112 und dem dritten Spiegel 116a besteht
darin, dass ein Träger vorgesehen ist, der auf seiner oberen
Oberfläche verspiegelt ist, um den Spiegel 112 zu
bilden, und der auf seiner unteren Oberfläche ebenfalls
verspiegelt ist, um den Spiegel 116a zu bilden. Diese Verspiegelung
kann durch eine spezielle Oberflächenbehandlung des Trägers
bzw. Oberflächenbeschichtung des Trägers erreicht
werden. Ähnlich kann auch der Träger für
den vierten Spiegel 116b und den fünften Spiegel 117a implementiert
sein, dass also obere und untere Oberfläche entspre chend
behandelt oder beschichtet sind, um die Spiegel 116b, 117a zu
implementieren.
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Erfindungsgemäß wird
der Szintillatorschirm bei dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel in der Weise auf mehrere optische Kameras
abgebildet, dass nur das vom Szintillator ausgehende sichtbare Licht
auf die optischen Kameras fällt und gegebenenfalls durch
den Szintillator hindurch tretende Röntgenstrahlung keine
Strahlenschäden in den Sensoren 121, 122, 123 verursachen
kann. Hierzu werden im optischen Weg jeder Kamera, wie in 2 gezeigt,
jeweils zwei Spiegel 111, 112 bzw. 116a, 116b bzw. 117a, 117b parallel
zueinander in der Weise angeordnet, dass das von einer Teilfläche
des Szintillators ausgehende sichtbare Licht zur Kamera gelangt, für
Röntgenstrahlung jedoch kein direkter „offener" Weg
zur Kamera existiert. Die direkte Röntgenstrahlung muss
auf ihrem Weg zur Kamera vielmehr zumindest einen der Spiegel oder,
wie es noch dargelegt wird, Doppelspiegelanordnungen durchqueren. Für
Röntgenstreustrahlung sind die Verhältnisse unterschiedlich,
die Röntgenstreustrahlung ist jedoch schwächer
als die direkte Strahlung.
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Um
die Abschwächung der Röntgenstrahlung bei ihrem
Weg durch die Spiegel noch zu verstärken, wird es bevorzugt,
die Spiegel auf ihrer Rückseite mit einer ausreichend dicken
Absorberschicht, wie beispielsweise Blei, zu versehen, um die Röntgenstrahlung
wirksam zu schwächen. Wie es 2 zu entnehmen
ist, wird für nicht am Rand liegende Kameraanordnungen
anstelle eines Einzelspiegels zur periodischen Fortsetzung der Anordnung
ein Doppelspiegel benötigt bzw. ein auf beiden Seiten verspiegelter
Träger. Dieser Träger wird bei einem Ausführungsbeispiel
aus einem Material mit hohem Absorptionsvermögen für
Röntgenstrahlung und ausreichender mechanischer Stabilität
gebildet. Ein solches Material ist beispielsweise Wolfram oder Blei.
Alternativ kann zwischen beiden Spiegeln der Doppelspiegelanordnung,
also zwischen den Spiegeln 112, 116a bzw. 116b und 117a,
wiederum eine entsprechend ausgelegte Absorberschicht, beispielsweise
aus Blei, angebracht werden.
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Um
bessere Sicherheit gegenüber der Streustrahlung zu haben,
wird es ferner bevorzugt, die Detektoranordnung 120 abzuschirmen,
wie es bei 124 in 2 gezeigt
ist. Die Abschirmung 124 kann beispielsweise eine Bleiabschirmung
oder eine andere Röntgenstrahlen dämpfende Abschirmung
sein. Lediglich Bereiche 125a, 125b, 125c,
an denen die sichtbare Strahlung in die Abschirmung 124 eintreten kann,
sind offen bzw. sind für die optische Strahlung transparent,
während eine Transparenz für optische Strahlung
außerhalb dieser Bereiche nicht erforderlich ist und auch
nicht implementiert wird, da Röntgenstrahlen-Abschirmungen
preisgünstig implementierbar sind, wenn sie nicht optisch
transparent sein müssen.
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Abhängig
von der Strahlrichtung, also der Position der Röntgenquelle
in Relation zur Mittelsenkrechten des Szintillators, existieren
bei der Doppelspiegelanordnung jedoch für Röntgenstrahlung
direkte offene Wege zu einer optischen Kamera. Ist die Röntgenstrahlung
nämlich z. B. an einer Position P510 angeordnet, so können
Röntgenstrahlen, die an der Position P510 austreten, in
den Sensor 123 eintreten, ohne dass diese Röntgenstrahlen
durch eine Doppelspiegelanordnung gedämpft worden sind.
Um eine Schädigung des Sensors 123 zu unterbinden,
wird es bevorzugt, diesen direkten Weg zu vermeiden. Eine Art und
Weise zur Vermeidung dieses direkten Weges besteht darin, dass nicht
beliebige Anordnungen zwischen Röntgenstrahlenquelle und
Szintillator zugelassen werden, sondern dass lediglich Anordnungen
der Röntgenstrahlenquelle hinter einem mittleren Bereich
des Szintillators zugelassen werden, der z. B. dem Bereich 505 entsprechen kann.
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Um
jedoch eine variablere Anordnungsmöglichkeit der Röntgenstrahlenquelle
bezüglich des Szintillators zu haben und um ferner sicherer
gegenüber Streustrahlung zu sein, wobei die Streustrahlung
jedoch in ihrer Intensität erheblich geringer ist als die
zwischen Szintillator und Spiegelanordnung existierende Röntgenstrahlenintensität,
wird bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
die Abschirmung 124 vorgesehen, die nur dort unterbrochen
ist (125a, 125b, 125c), wo dies zur optischen
Abbildung erforderlich ist. An den Stellen, wo das Abschirmgehäuse
für die optische Strahlung unterbrochen werden muss, erfolgt
vorzugsweise ferner eine Abschirmung vor Röntgenstrahlen
dadurch, dass im optischen Strahlengang ein spezielles Glas angeordnet ist,
das für sichtbares Licht transparent ist, Röntgenstrahlung
jedoch stark absorbiert. Ein solches Glas ist beispielsweise Bleiglas.
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Eine
weitere Möglichkeit zur Abschirmung besteht darin, dass
die Optik der Sensorkameras 121, 122, 123 aus
einem entsprechenden Spezialglas, wie beispielsweise Bleiglas, gefertigt
wird, so dass die abbildende Optik Röntgenstrahlung absorbiert,
für sichtbares Licht jedoch transparent ist. Je nach Implementierung
kann diese Vorgehensweise jedoch nachteilhaft sein, da zur Zeit
verfügbares Spezialglas mit hoher Röntgenabsorption
auch einen Teil des sichtbaren Lichtes absorbiert. Sind jedoch die
Intensitäten des von dem Szintillator emittierten sichtbaren
Lichts ausreichend groß, so reicht die von den Detektorkameras
detektierte Strahlung, um ein Bild mit ausreichendem Signal/Rausch-Verhältnis
zu erzeugen.
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Eine
weitere Implementierung zur Reduzierung der Röntgenstrahlung
nach der Doppelspiegelanordnung ist in 3 gezeigt.
Hier ist ein weiteres Spiegelpaar 118a, 118b angeordnet,
wobei der erste Spiegel 118a des weiteren Spiegelpaars
angeordnet ist, um das von dem zweiten Spiegel 112 der
Spiegelanordnung reflektierte Licht umzulenken, und wobei der zweite
Spiegel 118b des weiteren Spiegelpaares angeordnet ist,
um das von dem ersten Spiegel 118a des weiteren Spiegelpaares
umgelenkte Licht in Richtung des Detektors 121 umzulenken.
Es wird also eine weitere bzw. in 3 nicht
gezeigte mehrere weitere Doppelspiegelanordnungen in den optischen
Strahlengang gesetzt. Hierdurch besteht für beliebige Anordnungen
der Röntgenquelle bezüglich der Kamera kein direkter
Weg mehr von dem Sensor zu einer vor dem Szintillatorschirm angeordneten
Röntgenquelle.
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Dies
liegt daran, dass die beiden Spiegelanordnungen direkte Wege von
der Röntgenquelle hinter dem Szintillatorschirm zu den
aktiven Detektorbereichen verdecken, was z. B. erreicht wird, dadurch, dass
sich der erste Spiegel 111 und der erste Spiegel 118a des
weiteren Spiegelpaars berühren, und dass sich der zweite
Spiegel 112 und der zweite Spiegel 118b der weiteren
Spiegelanordnung ebenfalls berühren. Auch wenn sich die
beiden Spiegel nicht berühren, so kann in dem Bereich,
wo die Spiegel nicht zur Reflexion benötigt werden, eine
Abschirmung angeordnet sein, derart, dass kein direkter Weg von
einer Röntgenquelle hinter dem Szintillator 100 ohne dazwischen
liegende Abschirmung auf den Sensor 121 möglich
ist. Wie in 2 lässt sich die in 3 gezeigte
Anordnung nach oben, also in z-Richtung, sowie in y-Richtung, also
vertikal zur Zeichenebene, beliebig fortsetzen. Da die Röntgenstrahlung
nunmehr nur nach mehrfacher Streuung zu einer Kamera gelangen kann,
ist deren Intensität bei dieser Anordnung gegenüber
einer einfachen Doppelspiegelanordnung erheblich reduziert. Je nach
Implementierung können auch die bei dieser Anordnung nicht
unbedingt nötigen weiteren Abschirmmaßnahmen,
wie sie in Verbindung mit 2 beschrieben
worden sind, ebenfalls zusätzlich ausgeführt werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel zur Reduzierung der Röntgenstrahlung
ist in 4 gezeigt. Hier werden vor dem ersten Spiegel
und/oder nach dem zweiten Spiegel Abschirmungen 520 bzw.
Blenden 522 vorgesehen. Insbesondere werden auf der Spiegelseite,
die zum Szintillator 100 gerichtet ist, Abschirmungen 520 vorgesehen,
und/oder werden auf der Spiegelseite, die zu dem Detektor 120 hin
gerichtet ist, Blenden 522 vorgesehen. Vorzugsweise sind
die Abschirmungen 520 und die Blenden 522 aus
einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, wie beispielsweise
Blei. Auch ein alternatives Material als Blei kann vorgesehen sein,
solange es eine Röntgenstrahlen absorbierende Wirkung hat,
wie beispielsweise Wolfram. In 4 ist die
Anordnung der Abschirmungen bzw. Blenden in Bezug auf die Strahlengänge 501, 504, 506 gezeigt.
Es ist ersichtlich, dass die Strahlengänge 501, 504, 506 durch
die Abschirmungen 520 und die Blenden 522 nicht
beeinträchtigt werden. Ein Teil der Röntgenstreustrahlung,
die von den Blenden auf den ersten Spiegel gelangen könnte,
wird hierdurch absorbiert. Außerdem wird der Winkelbereich,
aus dem Röntgenstrahlung direkt auf eine Kamera treffen
würde, reduziert. So wird beispielsweise der direkte Weg
der Röntgenstrahlenquelle am Punkt P510 zum unteren Sensor 123 durch
die zweite Abschirmung 520 wirksam unterbrochen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die in 4 gezeigte
speziell abgeschirmte Anordnung mit den Abschirmungen 520 und
den Blenden 522 (wobei bei bestimmten Anordnungen auch
entweder Blenden 522 oder Abschirmungen 520 ausreichend
sein können), im Hinblick auf eine kompakte Bauweise zu
bevorzugen ist. Dies liegt daran, dass hier ein großer Bereich
existiert, in dem die Röntgenquelle bezüglich des
Szintillators 100 angeordnet werden kann, ohne dass ein
direkter offener Weg zu einer oder mehreren optischen Kameras existiert.
Insbesondere wird die in 4 gezeigte Anordnung dann ausreichend
sein, wenn die Röntgenquelle in hinreichend großem
Abstand entlang der Mittelsenkrechten des Szintillatorschirms angebracht
ist, was bei den meisten technischen Anwendungen üblich
ist. Wenn in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
ferner ein Spezialglas zur Absorption der Röntgenstrahlen
in den Bereichen 125a, 125b, 125c oder
in der Optik der Sensorkameras erforderlich ist, kann jedoch die durch
dieses Spezialglas bewirkte Absorption im Vergleich zu der in 3 dargestellten
Anordnung, die ohne ein solches Spezialglas auskommen kann, nachteil haft
sein. Viele Spezialgläser haben nämlich den Nachteil,
dass sie über der Zeit eine höhere Dämpfung
entwickeln, da sie aufgrund der Röntgenstrahlung einen „Bräunungseffekt"
aufweisen.
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Dies
wird insbesondere dann der Fall sein, wenn die durch die Doppelspiegelanordnung
erzeugten Reflexionsverluste kleiner sind als die Verluste durch
das Spezialglas, und wenn die in 3 größere
Bautiefe einen Einsatz einer solchen Kamera nicht verbietet. Es
kann also die optische Absorption der in 4 gezeigten
Anordnung einschließlich Spezialglas zur Absorption der
Röntgenstrahlung gegen die Reflexionsverluste einer weiteren
Doppelspiegelanordnung gemäß 3 abzuwägen
sein. Bei sehr hoher Strahlungsenergie kann daher auch eine Anordnung
nach 3 vorteilhaft sein.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen
eines Bildes wird zunächst von einer flächigen
Bildquelle Strahlung emittiert, welche dann in der Spiegelanordnung
umgelenkt und im Detektor detektiert wird, wobei beim Umlenken die
beiden Spiegel 111, 112 eingesetzt werden, und
wobei diese Spiegel derart beabstandet sind, dass sie zueinander parallel
sind oder einen Winkel kleiner als 90° bilden. Zur Herstellung
einer solchen Vorrichtung werden daher Bildquelle, Detektor und
Spiegelanordnung zueinander angebracht, wobei wiederum die beiden Spiegel 111, 112 zueinander
parallel oder in einem Winkel kleiner 90° zueinander angeordnet
sind, damit das von dem zweiten Spiegel 112 reflektierte Licht 115 parallel
zum von der flächigen Bildquelle reflektierten Licht 102 ist
oder zumindest eine Komponente hat, die parallel zu der durch den
Vektor 102 bezeichneten Richtung verläuft.
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Der
Rechner 130 ist ausgebildet, um die Einzelbilder zu einem
Gesamtbild zusammenzusetzen. Dieses Zusammensetzen findet vorzugsweise
nach Analog/Digital-Wandlung statt. Ferner wird es bevorzugt, eine
entsprechende Korrektur aufgrund der Überlappungsbereiche
durchzuführen, wobei diese Überlappungsbereiche
sowohl in z-Richtung, wie in 2 beispielsweise
gezeigt, vorhanden sind, als auch in y-Richtung vorhanden sind,
wenn mehrere Sensoren einen Spiegel abbilden, obgleich dieser Überlappungsbereich
in 2 nicht eingezeichnet ist. Ferner kann der Rechner
ausgebildet sein, um optische Verzeichnungen oder sonstige Artefakte
zu korrigieren, die in einer Kalibrierung der Vorrichtung erfasst
und dann im Betrieb rechnerisch ausgeglichen werden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10301941
B4 [0005]
- - EP 0862748 A1 [0006]