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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
EP 0 166 567 A2 offenbart ein Bilderzeugungssystem mit einer Röntgenstrahlenquelle und einer Einrichtung zum Scannen der Röntgenstrahlen durch ein Objekt auf einen Detektor, welcher ausgangsseitig eine sich bewegende Darstellung der Röntgenstrahlen liefert, die über den Eingang des Flächendetektors gescannt worden sind.
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Die
DE 41 01 645 A1 offenbart einen zweidimensionalen mosaikartigen Szintillationsdetektor für Röntgen- und Gamma-Strahlen, der viele mosaikartige Elemente aufweist. Eine reflektierende Einrichtung, wie beispielsweise ein Epoxiharz mit TiO
2 ist zwischen den Elementen angeordnet, um die optische Überkreuzbeeinflussung zu vermindern. Die Elemente haben weite und schmale Enden und entweder die weiten oder die schmalen Enden können die auftretende Röntgenstrahlung empfangen. Ein Photodetektor ist optisch mit den übrigen Enden entweder durch direktes Befestigen oder mittels einer Linse oder Lichtleitfaser gekoppelt.
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Die
US 5 308 986 A zeigt eine Szintillations-Glasfaser, die derart ausgebildet ist, dass Röntgenstrahlen direkt gewissermaßen parallel zu den Schichten im Kern oder in den Schichten selbst hindurchtreten können und damit direkt auf den Detektor auftreffen können.
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Die
US 4 636 644 A offenbart ein Antiparallax-Szintillatorsystem, das Licht von einer Fläche eines Szintillators abbildet, die bestrahlt wird durch ein Durchdringen einer Ionisierungsstrahlung aus einer lokalisierten Quelle. Die Strahlung aus der Quelle durchquert den Szintillator entlang Strahlen, die einen Konus bilden, dessen Scheitel ungefähr an der Quelle liegt. Szintillatorlicht, das entlang von jedem solchen Strahl gerichtet ist, wird gesammelt und umgeleitet, hin zu einer Apertur in. einem Schirm zwischen dem Szintillator und der Photokatode eines Bildintensivierers. Die Apertur überträgt das umgeleitete Licht, das dann auf die Photokathode einfällt, um ein Bild zu erzeugen. Szintillatorlicht, das nicht entlang der Strahlen von dem Scheitel gerichtet ist, verfehlt die Apertur und wird von der Photokathode durch den Schirm blockiert. Ein zweites Ausführungsbeispiel, ohne eine Apertur, verwendet eine Mehrzahl von Spiegeln, die in einer Quasi-Newton-Konfiguration angeordnet sind, um eine Antiparallax-Bilderzeugung zu liefern.
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Die
WO 96/24047 A1 offenbart Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen eines digitalen Großfeld-Hochauflösungs-Bildes eines Objekts durch sequentielles Erzeugen mehrerer optischer Szenen, die unterschiedliche Abschnitte des Objekts darstellen, und dann durch sequentielles Richten jeder optischen Szene auf einen optischen Detektor, um mehrere Teilbilder unterschiedlicher Abschnitte des Objekts zu erzeugen. Jede Szene wird induziert unter Verwendung eines separaten Röntgen-Teilstrahls, wobei jeder derselben erzeugt wird durch räumliches Filtern eines Abschnitts eines Einfalls-Röntgenfeldes mit einem Raumfilter, das sich in Zusammenwirkung mit der Szenenrichtungsvorrichtung bewegt. Sobald sie erzeugt sind, werden die Teilbilder kombiniert, um ein Großfeld-Hochauflösungsbild zu erzeugen.
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Die
EP 1 617 236 A1 offenbart einen Röntgenrezeptor zur elektronischen Erfassung eines Röntgenbilds. Der Rezeptor umfasst einen Konverterschirm zur Umwandlung von Röntgenstrahlen in sichtbares Licht und weist mehrere optische Abbildungssysteme zur Abbildung von Teilbereichen mit Teilbildern des Konverterschirms auf. In einem ersten Abbildungssystem lenkt ein erstes Reflexionsmittel das Licht eines zugeordneten ersten Teilbereichs in eine erste Reflexionsrichtung um, und in einem zweiten Abbildungssystem lenkt ein zweites Reflexionsmittel das Licht eines zweiten Teilbereichs in eine zweite Reflexionsrichtung um.
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Die
EP 1 870 770 A1 offenbart eine Vorrichtung zum entfernten getriggerten Röntgenstrahlenbilderfassen. Ein Photonensensor ist hinter einem Röntgenstrahlendurchlässigen Spiegel angeordnet. Wenn der Photonensensor Photonen erfasst, erfasst eine Kamera, die außerhalb des Röntgenstrahlenwegs positioniert ist, ein Bild, das die Röntgenstrahlendaten umfasst. Ein erster Spiegel und ein zweiter Spiegel sind angeordnet, so dass der Weg des Röntgenstrahlenbilds gefaltet wird, so dass die Kamera außerhalb des Röntgenstrahlenwegs positioniert sein kann.
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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 19 oder ein Verfahren zum Herstellen einer Erfassungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 20 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 Farm 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 Reduzierung 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 Röntgenstrahlen 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 bezüglich 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 entsprechend 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, nachteilhaft 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
