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Die
Erfindung betrifft eine Blende, insbesondere für eine bildgebende
Einrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Häufig
stellt sich das Problem, die Form verdeckter Quellen hochenergetischer
Strahlung mit unbekannter Struktur beziehungsweise räumlichem Aufbau
zu ermitteln. Bei der Strahlenquelle kann es sich beispielsweise
um den effektiven Brennfleck auf der Anode einer Röntgenröhre
oder um flächig verteiltes strahlendes Material handeln.
Letzteres können über einen Raum verteilte radioaktive
Abfälle in einer Sammeltonne sein, wobei vermeintliche
Diskrepanzen zwischen Deklarierung und tatsächlichem Inhalt
zu klären sind. Weitere Beispiele für Strahlenquellen,
deren Gestalt man abbilden möchte, sind Lagerstätten
mit uranhaltigen Erzen oder kerntechnische Anlagen, bei denen es
oftmals nicht nur von Belang ist, die Natur der Strahlung zu ermitteln,
sondern auch die räumliche Struktur der Strahlenquellen
zu bestimmen. Neben den genannten Quellen, welche die hochenergetische
Strahlung direkt erzeugen, sind auch solche zu nennen, welche diese
durch Röntgen- bzw. Gammarückstreuung erzeugen.
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Um
die Gestalt solcher Strahlenquellen abzubilden, ist es naheliegend,
das Prinzip einer Fotokamera anzuwenden. Es können dabei
recht unterschiedliche Flächendetektoren eingesetzt werden: Filmmaterial,
Speicherplatten, Speicherfolien, Halbleiter-Flachdetektoren, Vidicams,
Bildverstärker oder Konverterfolien. Da solche Aufnahmen
auch und vor allem in Umgebungen anfallen können, in die
sich nach Möglichkeit Personen nicht hineinbegeben sollten,
muss eine möglichst einfache Bedienbarkeit sichergestellt
werden. Die einfachste Funktionalität und Handhabung wäre
ein fernbedientes Platzieren eines entsprechenden Gerätes
mit einer Rückholung nach der Expositionzeit ohne jegliche
Betätigung irgendwelcher Bedienungselemente.
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Es
ist bekannt, bei der Abbildung mit Hilfe energiereicher Strahlung
das Lochkameraprinzip zu benutzen. Bei einer Lochkamera oder Camera
obscura erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche
ein Abbild von angestrahlten oder strahlenden Gegenständen.
Dabei beschränkt der kleine Durchmesser der Blende die
einfallenden Strahlenbündel auf einen klei nen Öffnungswinkel
und verhindert so die vollständige Überlappung
der Strahlen in der Abbildungsfläche. Strahlen von einem
oberen Bereich eines strahlenden Körpers fallen auf den
unteren Rand der Projektionsfläche, während umgekehrt Strahlen
vom unteren Bereich auf den oberen Rand der Projektionsfläche
abgebildet werden. Somit wird jeder Punkt des Gegenstandes als Scheibchen
auf der Projektionsfläche abgebildet, so dass die Überlagerung
der Scheibchenbilder ein Bild des strahlenden Körpers liefert,
dessen Auflösung vom Abstand des strahlenden Körpers
und der Form der Blende abhängt.
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Bei
hochenergetischer Strahlung tritt das Problem auf, dass wegen ihres
hohen Durchdringungsvermögens die Dicke des Materials für
die Lochblende groß, das heißt im Verhältnis
zur Halbwertsdicke der Intensität der zur Abbildung benutzten Strahlung
gewählt werden muss. Deshalb wird die erreichbare Abbildungsgüte
im Wesentlichen durch Blendendurchmesser und Materialdicke und -dichte bestimmt.
Oft erhält man daher bestenfalls ein Schattenbild der eigentlichen
Lochblende, wobei die Lochblende, die zur Abbildung dienen soll,
aufgrund der Wanddicke zum Kollimator wird, der nur ein gradliniges
Strahlenbündel passieren lässt. Deshalb wird oftmals
die Blende in den Lochkameras trompetenförmig mit der engen
Stelle zur Strahlenquelle gestaltet, um die abbildenden Eigenschaften
nicht vollends zu verlieren.
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Die
DE 690 01 117 offenbart
eine Vorrichtung zur Erfassung von Strahlungsquellen in Echtzeit.
Die Vorrichtung umfasst einen Kollimator, welcher durch eine Wandung
in Form eines Doppelkonus begrenzt wird, wobei der Doppelkonus aus
zwei Konen desselben Öffnungswinkels gebildet wird, welche
im Scheitelpunkt gegenüber gesetzt sind. Der Scheitelpunkt bildet
die Lochblende der dadurch entstehenden Kamera.
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Um
den Öffnungswinkel einer Lochkamera für energiereiche
Strahlung bei Erhalt eines hohen Auflösungsvermögens
zu vergrößern, schlägt die
DD 240 091 ein rotierendes Blendensystem
vor, welches aus mehreren konzentrisch um die optische Achse angeordneten
Hohlkegeln besteht. Jeder Hohlkegel besteht zur Hälfte
aus einem die jeweilige Strahlung stark beziehungsweise schwach
absorbierenden Material, wobei die Hohlkegelhälften so
ineinander gesteckt sind, dass stets Hohlkegelhälften aus
unterschiedlichem Material aneinander grenzen.
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Eine
weitere mechanisch bewegte Lösung ist aus der
DE 40 00 507 bekannt, bei welcher
eine Schlitzblende wie die Öffnung einer Lochkamera wirkt.
Durch die relative Bewegung der Schlitzblende zum Detektor gelangt
die von verschiedenen Punkten des Prüfobjekts gestreute
Strahlung auf den Detektor. Durch die Relativlage der Schlitzblende
ist vorgegeben, von welcher Tiefe des Prüfobjekts sekundäre
Strahlung von einem Detektor erfasst wird.
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Eine
Lösung zur Erweiterung des Gesichtsfeldes bei einer Lochkamera
ist aus der
DE 196 03 212 bekannt,
bei welcher das Kernstück der Kamera ein zylindrisches
Bohrlochkristall aufweist, welches von einem Pinhole-Kollimator
abgeschlossen wird, welcher im Bereich des Bohrlochs kegelförmig
ausgewölbt ist. Im Zentrum des Kollimators befindet sich eine
Blende. Das Gesichtsfeld hat je nach Ausformung des Kollimators
einen Öffnungswinkel bis zu etwa 120°.
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Aus
dem Stand der Technik sind außerdem vielfältige
Ansätze bekannt, das Problem der Penetration harter Strahlung
für eine Blende mit einer möglichst geringen Schichtdicke
zu lösen. Zu nennen sind zum Beispiel detektornahe Flächenkollimatoren mit
Schrägplatten, welche aus der
US 6,377,661 bekannt sind, oder die
Verwendung bewegter Kollimatoren (
GB
1 046 337 ).
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Nachteil
aller beschriebenen Lösungen ist, dass bei energiereicher
Strahlung aufgrund der erforderlichen Materialdicke eine erhebliche
Abweichung vom idealen Lochkameraprinzip vorliegt, außer
wenn mechanisch bewegte Lösungen zum Einsatz kommen, welche
sehr aufwändig sind.
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In
der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 674 A1 ist eine Blende offenbart,
welche einige der Nachteile der beschriebenen Lösungen überwindet. Die
Blende beruht nicht auf einer mechanisch bewegten Lösung
und lässt sich mit nahezu beliebiger Materialschichtdicke
verwirklichen, ohne dabei ihre abbildenden Eigenschaften zu verlieren.
Die Blende ist geeignet, von einer Strahlungsquelle ausgehende, insbesondere
hochenergetische, Strahlung zu begrenzen und entlang einer optischen
Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich zu
richten. Die Blende umfasst die Strahlung wenigstens teilweise absorbierende
Bereiche, und in der Blende ist ein Spalt oder zumindest ein die
Strahlung gering absorbierender Bereich vorhanden, welcher mindestens
eine erste geschwungene Oberfläche und eine zweite geschwungene
Oberfläche aufweist, welche ihn von den die Strahlung wenigstens teilweise
absorbierenden Bereichen abgrenzen. Die Kontur der ersten geschwungenen
Oberfläche kann zumindest teilweise durch eine Funktion
z(x, y) = f(y)·x + n beschrieben werden, und die Kontur
der zweiten geschwungenen Oberfläche ist zumindest teilweise
komplementär zu der Kontur der ersten geschwungenen Oberfläche.
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Nachteilig
ist an dieser Blende, dass die Abbildungsqualität, die
Abbildungsgröße und die Strahlenausbeute Beschränkungen
unterworfen sind. Durch Verringerung der Spaltbreite lässt
sich zwar die Abbildungsqualität erhöhen; dadurch
wird jedoch gleichzeitig der abgebildete Bereich in y-Richtung eingeschränkt
und die Strahlenausbeute verringert. Umgekehrt wird durch Erhöhung
der Spaltbreite der abgebildete Bereich in y-Richtung ausgedehnt
und die Strahlenausbeute erhöht, gleichzeitig jedoch die Abbildungsqualität
herabgesetzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Blende für eine Lochkamera
anzugeben, welche die Vorteile der in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 674
A1 offenbarten Blende teilt, jedoch eine bessere Abbildungsqualität
und/oder einen größeren Abbildungsbereich und/oder
eine höhere Strahlenausbeute erzielt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Blende mit besserer Abbildungsqualität und/oder
größerem Abbildungsbereich und/oder höherer
Strahlenausbeute anzugeben, welche nach einem gegenüber
dem in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
10 2007 057 261.3 offenbarten
Verfahren zur Herstellung der in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 674
A1 offenbarten Blende nur geringfügig modifizierten
Verfahren herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß werden
die Aufgaben mittels einer Blende, insbesondere für eine
bildgebende Einrichtung, mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst.
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Insbesondere
weist die erfindungsgemäße Blende gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 die oben beschriebenen vorteilhaften
Merkmale der in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 674 A1 offenbarten
Blende auf, wobei für die erfindungsgemäße
Blende in der Funktion z(x, y) = f(y)·x + n(y) der Term
n(y) nicht notwendigerweise konstant ist, sondern eine Abhängigkeit
von der Koordinate y aufweisen kann.
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Für
die Beschreibung der Oberflächenkonturen wird ein dreidimensionales
kartesisches Koordinatensystem zugrunde gelegt, dessen Ursprung ohne
Beschränkung der Allgemeinheit auf der ersten geschwungenen
Oberfläche liegt (vergleiche 2). Die
Funktionsweise der Blende lässt sich dadurch erläutern,
dass ein Strahlbündel mit einem Richtungsvektor (1, ys, zs) betrachtet
wird, also ein Strahlenbündel, welches sich in Richtung
der positiven optischen Achse x fortpflanzt. Für diejenigen
Strahlenbündel, deren y-Komponente verschwindet und die
sich durch einen Richtungsvektor (1, 0, tan ψ) beschreiben
lassen (vergleiche 3), existiert eine Gerade auf
der ersten geschwungenen Oberfläche, welche parallel zum
Strahlenbündel verläuft, wenn f(y) = tan ψ gilt.
Wenn f(y) eine streng monoton steigende oder fallende Funktion ist,
ist somit nur an einer Stehe eine Durchsicht durch den entstehenden
Spalt in gerader Richtung möglich. An anderen Stellen wird
die Strahlung stärker absorbiert.
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Der
bereits beschriebene Spalt oder die Strahlung gering absorbierende
Bereich wird hier als erster Spalt oder die Strahlung gering absorbierender Bereich
bezeichnet, da die erfindungsgemäße Blende mindestens
einen zusätzlichen Spalt oder zumindest mindestens einen
zusätzlichen die Strahlung gering absorbierenden Bereich
aufweist.
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Die
die Strahlung gering absorbierenden Bereiche können mit
einem geeigneten Material gefüllt sein, welches die relevante
Strahlung weniger absorbiert als die die Strahlung wenigstens teilweise
absorbierenden Bereiche, wobei das Material in Form eines separaten
Einsatzstückes oder einer auf mindestens eine der geschwungenen
Oberflächen aufgebrachten Beschichtung vorliegen kann.
Im Folgenden soll unter einem Spalt auch ein solcher die Strahlung
gering absorbierender und mit Material gefüllter Bereich
verstanden werden.
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Im
Folgenden bezeichnet der Begriff „affine Abbildung” eine
Abbildung des dreidimensionalen Raumes auf sich selbst, welche jede
Gerade auf eine Gerade abbildet. Der Begriff „Isometrie” bezeichnet eine
isometrische Abbildung des dreidimensionalen Raumes auf sich selbst,
d. h. eine Starrkörperbewegung, welche Abstände
und Winkel invariant lässt. Der Ausdruck „Scherung
entlang der Richtung A parallel zu der Ebene B” bezeichnet
eine affine Abbildung, welche jeden Punkt des Raumes entlang der Richtung
A parallel zu der Ebene B um eine zu dem Abstand des Punktes von
der Ebene B proportionale Strecke verschiebt.
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Dadurch,
dass in der Blende mindestens ein zusätzlicher Spalt vorhanden
ist, wird erreicht, dass zusätzliche Strahlung in den Abbildungsbereich
gelangt, wodurch ein größerer Abbil dungsbereich und/oder
eine höhere Strahlenausbeute erzielt werden kann. Aufgrund
dessen kann die Spaltbreite verringert werden, um eine bessere Abbildungsqualität zu
erzielen. Ferner können bei dichter Packung mehrerer Spalte
größere Wanddicken realisiert werden, wie sie
z. B. bei Gammastrahlung notwendig sind.
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Dadurch,
dass jeder zusätzliche Spalt jeweils mindestens eine erste
zusätzliche geschwungene Oberfläche und eine zweite
zusätzliche geschwungene Oberfläche aufweist,
welche ihn von den die Strahlung wenigstens teilweise absorbierenden
Bereichen abgrenzen, zu jedem zusätzlichen Spalt eine zugehörige
affine Abbildung existiert, die Kontur der ersten zusätzlichen
geschwungenen Oberfläche nach Anwendung der zugehörigen
affinen Abbildung jeweils zumindest teilweise durch dieselbe Funktion
z(x, y) beschrieben werden kann, durch welche die erste geschwungene
Oberfläche des ersten Spalts zumindest teilweise beschrieben werden
kann, und die Kontur der zweiten zusätzlichen geschwungenen
Oberfläche jeweils zumindest teilweise komplementär
zu der Kontur der ersten zusätzlichen geschwungenen Oberfläche
ist, wird erreicht, dass die zusätzlichen Spalte jeweils ähnliche Abbildungseigenschaften
aufweisen wie der erste Spalt.
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In
bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die Menge affiner Abbildungen, welche für den ersten Spalt
die Identitätsabbildung sowie für jeden zusätzlichen
Spalt die zugehörige affine Abbildung umfasst, in eine
Sequenz gebracht werden kann, derart, dass eine die Sequenz erzeugende
affine Abbildung existiert, derart, dass zu jedem Paar affiner Abbildungen,
welche in der Sequenz aufeinander folgen, die in der Sequenz nachfolgende
affine Abbildung des Paares sich durch Verkettung der in der Sequenz
vorangehenden affinen Abbildung des Paares mit der die Sequenz erzeugenden
affinen Abbildung ergibt. Dadurch wird erreicht, dass die durch
die einzelnen Spalte bewirkten Teilabbildungen in besonders einfacher
und regelmäßiger Relation zueinander stehen.
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Vorzugsweise
ist für jeden zusätzlichen Spalt die zugehörige
affine Abbildung jeweils eine Isometrie. Dadurch wird erreicht,
dass sich die zusätzlichen Spalte ausbilden lassen, indem
nach Ausführen einer der jeweiligen Isometrie entsprechenden
Bewegung der Blende ein Verfahren angewendet wird, welches im Wesentlichen
dem zur Ausbildung des ersten Spalts angewendeten Verfahren entspricht.
Wird außerdem die Sequenz affiner Abbildungen durch eine Isometrie
erzeugt, so wird dadurch ferner erreicht, dass zur Ausbildung sämtlicher
Spal te jeweils dieselbe Bewegung vor Anwendung des zur Ausbildung
eines Spalts angewendeten Verfahrens auszuführen ist.
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In
weiter bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen,
dass für jeden zusätzlichen Spalt die zugehörige
Isometrie sich jeweils als Verkettung einer ersten Isometrie und
einer zweiten Isometrie beschreiben lässt, wobei jede der
ersten und zweiten Isometrien jeweils entweder eine Translation entlang
einer Koordinatenachse oder eine Rotation um eine parallel zu einer
Koordinatenachse verlaufende oder mit einer Koordinatenachse zusammenfallende
Achse ist. Dadurch wird erreicht, dass die Abbildungseigenschaften
der durch die zusätzlichen Spalte bewirkten Teilabbildungen
in besonders einfach zu beschreibender Relation zu der durch den ersten
Spalt bewirkten Teilabbildung stehen und dass die zur Ausbildung
der zusätzlichen Spalte erforderlichen Bewegungen besonders
einfach und genau durchzuführen sind.
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Insbesondere
kann für jeden zusätzlichen Spalt jede der ersten
und zweiten Isometrien eine Rotation um eine parallel zu einer Koordinatenachse verlaufende
oder mit einer Koordinatenachse zusammenfallende Achse sein. Dadurch
wird erreicht, dass die Beschreibung der Relation, in der die Abbildungseigenschaften
der durch die zusätzlichen Spalte bewirkten Teilabbildungen
zu der durch den ersten Spalt bewirkten Teilabbildung stehen, weiter
vereinfacht wird und dass zur Ausbildung der zusätzlichen Spalte
keine Verschiebungen erforderlich sind.
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In
bevorzugter Ausführung ist für jeden zusätzlichen
Spalt die erste Isometrie jeweils eine Rotation um einen jeweiligen
Winkel α um eine erste Achse, welche in der x-y-Ebene liegt
und parallel zu der y-Achse verläuft oder mit der y-Achse
zusammenfällt, und die zweite Isometrie jeweils eine Rotation
um einen jeweiligen Winkel β um eine zweite Achse, welche
in der x-z-Ebene liegt und parallel zu der z-Achse verläuft
oder mit der z-Achse zusammenfällt. Dadurch wird erreicht,
dass die durch die Spalte bewirkten Teilabbildungen mindestens in
einem vorbestimmten Abstand von der y-z-Ebene aneinander anschließen
und dort eine konsistente Gesamtabbildung ergeben. Der Winkel β kann
jeweils 0° betragen.
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Die
erste Achse kann jeweils mit der y-Achse zusammenfallen. Dadurch
wird erreicht, dass die durch die Spalte bewirkten Teilabbildungen
unabhängig von dem Abstand von der y-z-Ebene aneinander anschließen
und eine konsistente Gesamtabbildung ergeben.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für
jeden zusätzlichen Spalt die zugehörige affine
Abbildung jeweils eine Scherung. In besonders bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung ist die Scherung jeweils eine Scherung in y-Richtung parallel
zu der y-z-Ebene. Dadurch wird erreicht, dass die Abbildungsfläche
unabhängig von dem Abstand der Abbildungsebene zur Blendenmitte
vergrößert wird und die Verzerrungen bzw. Unschärfen
bei der Überlagerung der durch die Spalte bewirkten Teilabbildungen
besonders gering sind.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Funktion z(x, y) die Form z(x, y) = A·x + B·y
+ C·y·x + n aufweist. A, B, C und n sind dabei
Konstanten. Dadurch wird eine besonders einfache, linear variierende
Oberflächenkontur angegeben, durch welche das Lochkameraprinzip
gewährleistet werden kann. Die Durchtrittsöffnung
in dem ersten Spalt, welche ein Strahlenbündel mit dem
Richtungsvektor (1, 0, tan ψ) passieren lässt, wandert
bei dieser Anordnung für einen größer
werdenden Betrachtungswinkel ψ kontinuierlich von einer
Seite der Blende auf die gegenüberliegende Seite.
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Vorzugsweise
besteht zwischen den jeweiligen Winkeln α und β und
der Konstante B jeweils die Beziehung α = B·β.
Dadurch wird erreicht, dass für alle Spalte jeweils dieselbe
mathematische Beziehung zwischen Richtungsvektor und Abbildungsort besteht.
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Die
Konstante A kann den Wert 0 haben, und die Konstante B kann den
Wert 0 haben. In diesem Fall entspricht die Form der ersten geschwungenen Oberfläche
der Form der ersten geschwungenen Oberfläche der in der
Offenlegungsschrift
DE
10 2005 029 674 A1 offenbarten Blende.
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In
bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die die Strahlung wenigstens teilweise absorbierenden Bereiche in
einem Bereich mit x > x0 angeordnet sind, wobei x0 ein
konstanter Wert mit x0 ≥ 0 ist.
Dadurch wird erreicht, dass der Bereich um x = 0, in welchem sich
die um die y-Achse gedrehten Oberflächenkonturen überschneiden
würden, außerhalb der wenigstens teilweise absorbierenden
Bereiche liegt, so dass die wenigstens teilweise absorbierenden
Bereiche trotz der zusätzlichen Spalte zusammenhängend
bleiben.
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Ferner
ist bevorzugt, dass für jeden zusätzlichen Spalt
sich jeweils die Kontur der zweiten zusätzlichen geschwungenen
Oberfläche relativ zu der Kontur der ersten zusätzlich
geschwungenen Oberfläche zumindest teilweise in derselben
Lage befindet, in welcher sich die Kontur der zweiten geschwungenen
Oberfläche relativ zu der Kontur der ersten geschwungenen
Oberfläche befindet. Dadurch wird erreicht, dass die Abbildungseigenschaften
der Spalte übereinstimmen und alle Spalte mit demselben
Verfahren ausgebildet werden können.
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In
bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass
der erste Spalt eine in einer Richtung parallel zur optischen Achse
x im Wesentlichen konstante Spaltbreite h(y) aufweist. Die in Richtung des
Strahlenbündels sichtbare Durchtrittsöffnung hat dann
eine Größe, welche proportional zum Ausdruck
ist. Wenn die Spaltbreite
h(y) so gewählt ist, dass der genannte Ausdruck konstant
ist, werden Strahlenbündel gleicher Intensität
mit der gleichen Abbildungsqualität abgebildet.
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Weiter
ist bevorzugt, dass die Breite der Spalte variierbar ist. Hierdurch
können die bildgebenden Eigenschaften der Blende an verschiedene
Situationen, insbesondere an verschiedene Intensitäten der
untersuchten Strahlungsquellen, angepasst werden.
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Da
der erste Spalt das ideale Lochkameraprinzip nur für Strahlenbündel
erfüllt, deren Richtungsvektoren in der x-z-Ebene liegen,
ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
die die Strahlung wenigstens teilweise absorbierenden Bereiche um
die optische Achse x rotierbar angeordnet sind, so dass die Spalte
gedreht werden können. Somit können mehrere Abbildungen
eines Gegenstandes angefertigt werden, welche jeweils eine Linie
enthalten, für welche ideale Abbildungseigenschaften bestehen.
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Als
Baumaterial für die Blende kommen alle Werkstoffe in Frage,
die in der Lage sind, die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung
effektiv zu absorbieren. Im Falle von Röntgen- oder Gammastrahlen
sind dies Schwermetalle mit hoher Ordnungszahl, zum Beispiel Kupfer
oder Wolfram. Für Neutronenstrahlen sind dagegen Kunststoffe
mit hohem Wasserstoffgehalt, zum Beispiel Polyethylen, geeignet.
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Wie
oben erwähnt ist es eine vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen
Blende, dass die zusätzlichen Spalte mit demselben oder
einem ähnlichen Verfahren ausgebildet werden können
wie der erste Spalt. Insbesondere können die Spalte gemäß dem
in der
deutschen Patentanmeldung
mit dem Aktenzeichen 10 2007 057 261.3 offenbarten Verfahren ausgebildet
werden.
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Die
Erfindung stellt daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer
wie oben beschrieben gestalteten Blende bereit, in welchem eine
relative Bewegung zwischen einem Schneidwerkzeug, welches geeignet
ist, entlang einer geraden Linie zu schneiden, und einem Werkstück
ausgeführt wird derart, dass das Schneidwerkzeug das Werkstück
entlang einer Linie schneidet, die einem Strahlengang in der herzustellenden
Blende, wobei die relative Bewegung mindestens einmal wiederholt
wird und wobei vor jeder Wiederholung der relativen Bewegung das Werkstück
bewegt wird.
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Vorzugsweise
wird das Werkstück entlang einer unveränderlichen
ersten Richtung geschnitten wird. Ferner ist bevorzugt, dass eine
Rotationsbewegung des Werkstücks um eine erste Drehachse,
welche entlang einer zweiten Richtung senkrecht zur Schneidrichtung
des Schneidwerkzeugs verläuft, und gleichzeitig eine Translationsbewegung
des Werkstücks entlang der zweiten Richtung ausgeführt
werden. Vorzugsweise werden die Rotationsbewegung und die Translationsbewegung
des Werkstücks linear gekoppelt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
bildgebende Einrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Blende;
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2 eine
geschwungene Oberfläche mit eingezeichnetem kartesischen
Koordinatensystem und eingezeichneten Strahlengängen;
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3 ein
kartesisches Koordinatensystem mit eingezeichnetem Richtungsvektor
in der x-z-Ebene;
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-
-
6 (schematisch)
eine Testanordnung;
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7 eine
Perspektivansicht einer Blende gemäß einer ersten
Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
Querschnittsansicht der Blende von 7 in Schnittebene
A in Blickrichtung a;
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9 eine
Draufsicht der Zentralstrahlen der Blende von 7 in
Blickrichtung b;
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10 eine
Perspektivansicht der Blende von 7 und ihrer
Zentralstrahlen;
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11 eine
Perspektivansicht einer Blende gemäß einer zweiten
Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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12 eine
Perspektivansicht zur Verdeutlichung des Aufbaus der Blende von 11;
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13a, b eine Draufsicht in z-Richtung einer
in einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung
verwendeten Scherung;
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14 eine
Perspektivansicht zur Verdeutlichung des Aufbaus einer Blende gemäß der
dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
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15 eine
Perpektivansicht einer Blende gemäß einer vierten
Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 veranschaulicht
das Lochkameraprinzip an einer bildgebenden Einrichtung 200.
Von einer Strahlungsquelle 10, zum Beispiel einem Testkörper, wird
hochenergetische Strahlung 12, insbesondere Röntgen-
oder Gammastrahlung, emittiert. Die Strahlung 12 trifft
auf eine Blende 100, durch welche sie begrenzt wird und
entlang einer optischen Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen
Abbildungsbereich 14 gerichtet wird. Der Abbildungsbereich 14 ist
typischerweise eine Projektionsfläche, auf welcher eine
Abbildung des Testkörpers 10 erzeugt wird. Im Abbildungsbereich 14 befindet
sich eine Empfangseinheit 16, welche für die Strahlung 12 empfindlich ist,
insbesondere ein Detektor oder eine Kamera.
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Die
erfindungsgemäße Blende 100 umfasst die
Strahlung 12 wenigstens teilweise absorbierende Bereiche.
Ein erster die Strahlung 12 absorbierender Bereich 18 ist
in 2 gezeigt. Er wird durch eine erste geschwungene
Oberfläche 20 von einem Spalt oder die Strahlung 12 gering
absorbierenden Bereich (nicht gezeigt) abgegrenzt. Die Lage des
kartesischen Koordinatensystems ist ohne Beschränkung der
Allgemeinheit derart gewählt, dass sein Ursprung auf der
ersten geschwungenen Außenfläche 20 liegt. Die
x-Achse fällt mit der optischen Achse zusammen.
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Die
Oberflächenkontur der in 2 gezeigten
geschwungenen Oberfläche 20 des die Strahlung 12 absorbierenden
Bereichs 18 kann durch eine Funktion der Form z(x, y) =
C·y·x beschrieben werden, d. h. in diesem Fall
gilt z(x, y) = f(y)·x + n(y) mit f(y) = C·y und
n(y) = 0. Für die in 2 gezeigte Oberfläche
gilt C < 0; ebenso
kann jedoch auch C > 0
gewählt werden. Der die Strahlung 12 absorbierende
Bereich 18 ist in diesem Fall ein quaderförmiger, bezüglich
des Koordinatensystems symmetrischer Körper aus geeignetem
absorbierendem Material (Breite a, Tiefe b). Für harte
Strahlung ist dies ein Schwermetall mit möglichst hoher
Dichte, zum Beispiel Kupfer oder Wolfram. In 2 sind Strahlengänge 22a,
b dargestellt, welche parallel zu den Seitenkanten 24a,
b des die Strahlung absorbierenden Bereichs 18 verlaufen.
Die Strahlengänge 22a, b entsprechen Richtungsvektoren
(1, 0, ± aC/2). Für jeden Richtungsvektor (1,
0, z), für welchen –aC/2 < z < aC/2
gilt, gibt es genau eine parallele Kante auf der geschwungenen Oberfläche 20.
Für jeden Richtungsvektor mit nicht verschwindender y-Komponente
sind dagegen die entsprechenden Linien auf der geschwungenen Oberfläche 20 nicht
linear.
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3 zeigt
ein kartesisches Koordinatensystem mit eingezeichnetem Richtungsvektor,
welcher in der x-z-Ebene liegt und einen Winkel ψ mit der
x-Achse bildet. Strahlung mit ei nem solchen Richtungsvektor, dessen
y-Komponente verschwindet, gelangt durch die erfindungsgemäße
Blende an einer Stelle y, an der f(y) = tan ψ gilt.
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4a,
b zeigen zunächst zur Veranschaulichung für zwei
Betrachtungswinkel eine Blende gemäß Offenlegungsschrift
DE 10 2005 029 674
A1 mit einem einzigen Spalt
32 und zwei die Strahlung
absorbierenden Bereichen
18 und
26. Abhängig
von der Blickrichtung ist nur an einer Stelle eine Durchsicht durch
den Spalt
32 in gerader Richtung möglich. In der
jeweiligen Richtung erscheint dadurch eine parallelogrammförmige
Durchtrittsöffnung
34. Die Spaltrichtung kann
wahlweise waagerecht (
4) oder senkrecht
(
5) ausgerichtet sein. Anhand einer zweiten Aufnahme
mit derart gedrehter Blende lassen sich Entfernungen zum Objekt
anhand großflächiger Konturen abschätzen
und gegebenenfalls messen.
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6 zeigt
schematisch eine Testanordnung. Eine kontinuierlich strahlende,
leistungsstarke Röntgenröhre 46 erzeugt
Strahlung, welche durch eine allseitige Abschirmung, hier eine Bleiwand
mit Fenster 48, ausgeblendet wird. Die durch das Fenster
der Bleiwand 48 hindurchtretende Strahlung fällt auf
eine Aluminiumplatte als Streufilter 50. Das eigentliche
Testobjekt 10 ist zwischen dem Streufilter 50 und
der erfindungsgemäßen Blende 100, welche in
einer Abschirmwand 30 aus Blei integriert ist, angeordnet.
Als Detektor 16 auf der Projektionsfläche 14 dient
ein Röntgenfilm oder eine Bildspeicherfolie (engl.: phosphor
imaging plate) in einer Kassette.
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7 zeigt
eine Perspektivansicht einer Blende gemäß einer
ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine erste
geschwungene Oberfläche, welche den ersten Spalt 32 von
dem die Strahlung 12 absorbierenden Bereich 28b abgrenzt, kann
durch eine Funktion der Form z(x, y) = C·y·x beschrieben
werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist C > 0 gewählt;
ebenso kann jedoch auch C < 0
gewählt werden. Eine zweite geschwungene Oberfläche,
welche komplementär zu der ersten geschwungenen Oberfläche
ist, grenzt den ersten Spalt 32 von dem die Strahlung 12 absorbierenden
Bereich 28a ab.
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Die
erfindungsgemäße Blende weist außerdem
zusätzliche Spalte 32a und 32b auf, welche
jeweils durch erste und zweite zusätzliche geschwungene
Oberflächen von den die Strahlung absorbierenden Bereichen 28a und 26 beziehungsweise 18 und 28b abgegrenzt
sind. Dabei ist, wie in 8 und 9 näher
verdeutlicht, jeweils die erste zusätzliche geschwungene
Oberfläche gegenüber der ersten geschwungenen
Oberfläche um einen Winkel α um eine parallel
zu der y-Achse verlaufende Achse gekippt sowie um einen Winkel β um
die z-Achse gedreht, und die zweite zusätzliche geschwungene Oberfläche
ist jeweils komplementär zu der ersten zusätzlichen
geschwungenen Oberfläche.
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In
diesem Ausführungsbeispiel weist die Blende zwei zusätzliche
Spalte auf; es können jedoch beliebig viele zusätzliche
Spalte hinzugefügt werden, um die Abbildungseigenschaften
der Blende weiter zu verbessern. Dabei ergibt sich vorzugsweise die
räumliche Lage jedes weiteren Spalts aus der räumlichen
Lage des benachbarten Spalts jeweils durch dieselbe Isometrie.
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8 zeigt
eine Querschnittsansicht der Blende von 7 in Schnittebene
A in Blickrichtung a, mit dem ersten Spalt 32, den zusätzlichen
Spalten 32a und 32b sowie den die Strahlung absorbierenden
Bereichen 18, 28a, 28b und 26.
Die zusätzlichen Spalte 32a und 32b sind
jeweils gegenüber dem ersten Spalt 32 um einen
Winkel α um eine parallel zu der y-Achse durch die Empfangseinheit 16 verlaufende
Achse gekippt, so dass die Zentralstrahlen der Spalte bei der Empfangseinheit 16 konvergieren. Wenn
die Spalte relativ zur Abbildungsebene eng beieinander gelegt werden,
kann der Winkel α so klein gehalten werden, dass Verzerrungen
aufgrund des schrägen Einfalls auf die Bildfläche
vernachlässigbar sind und die bekannten Näherungen
für kleine Winkel (sin α ≈ tan α)
angewendet werden können.
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9 zeigt
eine Draufsicht der Zentralstrahlen der Blende von 7 in
Blickrichtung b. Die Zentralstrahlen 36a, 36b der
zusätzlichen Spalte sind gegenüber dem Zentralstrahl 36 des
ersten Spalts um einen Winkel β um die z-Achse gedreht.
Die überlagerten Grundrisse dienen nur der Verdeutlichung
der Ausrichtung und beziehen sich nicht auf den Blendenkörper.
Der Winkel β kann frei gewählt werden; er bestimmt
die Entfernung bzw. Überlappung der benachbarten Teilabbildungen.
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10 zeigt
eine Perspektivansicht der Blende von 7, mit dem
ersten Spalt 32, den zusätzlichen Spalten 32a und 32b,
den die Strahlung absorbierenden Bereichen 18, 28a, 28b und 26 sowie
dem Zentralstrahl 36 des ersten Spalts 32 und den
Zentralstrahlen 36a und 36b der zusätzlichen Spalte 32a und 32b.
In der x-y-Ebene münden alle Strahlen aus einer Durchgangsrichtung
exakt auf eine waagerechte Bildachse 38, so dass eine Aneinanderreihung
der durch die Spalte bewirkten Teilabbildungen gewährleistet
ist.
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11 zeigt
eine Perspektivansicht einer Blende gemäß einer
zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Auch diese
Blende weist einen ersten Spalt 32 und zusätzliche
Spalte 32a und 32b sowie die Strahlung 12 absorbierende
Bereiche 18, 28a, 28b und 26 auf.
Die erste geschwungene Oberfläche, welche den ersten Spalt 32 von
dem die Strahlung 12 absorbierenden Bereich 28b abgrenzt, kann
wiederum durch eine Funktion der Form z(x, y) = C·y·x
beschrieben werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist C < 0 gewählt;
ebenso kann jedoch auch C > 0
gewählt werden.
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Die
zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung unterscheidet
sich in zwei wesentlichen Merkmalen von der ersten Ausführung.
Zum einen fällt die Achse, bezüglich welcher die
zusätzlichen Spalte gegenüber dem ersten Spalt
um den Winkel α gekippt sind, in dieser Ausführung
mit der y-Achse zusammen. Dadurch ist in dieser Ausführung
kein fester Abstand vorgegeben, in dem die Empfangseinheit 16 relativ
zu der Blende angeordnet werden muss. Zum anderen liegt in dieser
Ausführung die y-Achse außerhalb des Blendenkörpers.
Dies ist in 12 näher verdeutlicht.
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12 zeigt
eine Perspektivansicht zur Verdeutlichung des Aufbaus der Blende
von 11. Der Klarheit halber ist nur der erste Spalt 32 gezeigt.
Außer dem Umriss der Blende 100' gemäß der
zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist zum Vergleich
der Umriss der Blende 100 der ersten Ausführung
gezeigt. Ferner sind jeweils die Schnittlinien des ersten Spalts 32 mit
den äußeren Grenzflächen der beiden Blenden
eingezeichnet. Die Blende 100' ist im Vergleich zu der
Blende 100 bei einer x-Koordinate x0 mit
x0 ≥ 0 abgeschnitten; hingegen
ist sie in Richtung höherer x-Koordinaten im Vergleich
zu der Blende 100 erweitert. Die Strahlenführung
ist dabei gegenüber der ersten Ausführung unverändert.
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Durch
diese asymmetrische Gestaltung kommt die y-Achse außerhalb
des Blendenkörpers zu liegen. Dadurch ist es möglich,
die Spalte relativ zueinander um die y-Achse gekippt anzuordnen, ohne
dass dabei der Blendenkörper zerfällt. Dadurch wird
es besonders einfach, weitere Spalte hinzuzufügen, und
die einzelnen Spalte können enger gestaltet werden. Zur
Herstellung einer Blende gemäß dieser zweiten
Ausführung der vorliegenden Erfindung könnten
beispielsweise viele Spalte durch Stapeln entsprechend geformter
Bleche mit keilförmigen Profilen verwirklicht werden.
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13 zeigt
eine Draufsicht in z-Richtung einer in einer dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung verwendeten Scherung. Es handelt sich
um eine Scherung in y-Richtung parallel zu der y-z-Ebene. 13a zeigt den ungescherten ersten Spalt, und 13b zeigt den gescherten zusätzlichen Spalt.
in 13b ist ferner der Scherungswinkel γ eingezeichnet,
den die gescherte x-Achse mit der ungescherten x-Achse bildet.
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14 zeigt
eine Perspektivansicht zur Verdeutlichung des Aufbaus einer Blende
gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden
Erfindung. Der erste Spalt 32 und ein zusätzlicher,
gemäß der in 13 dargestellten
Scherung gescherter Spalt 32a sind gezeigt. Es können
jedoch beliebig viele zusätzliche Spalte hinzugefügt
werden; Grenzen sind nur durch die mechanische Stabilität
des Blendenmaterials sowie durch die Notwendigkeit, eine für
die Abschirmung hinreichende Schichtdicke zu bewahren, gesetzt.
Aufgrund der Scherung stören sich die Spalte nicht gegenseitig
in ihrem Verlauf.
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Außer
dem Umriss der Blende 100'' gemäß der
dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind zum
Vergleich die Umrisse der Blende 100 der ersten Ausführung
sowie der Blende 100' der zweiten Ausführung gezeigt.
Ferner sind die Schnittlinien des ersten Spalts 32 mit
dem Umriss der Blende 100', die Schnittlinien des zusätzlichen
Spalts 32a mit dem Umriss der Blende 100'' sowie
der Scherungswinkel γ eingezeichnet. Die Blende 100'' ist
im Vergleich zu der Blende 100' in y-Richtung erweitert,
so dass der gemäß der in 14 dargestellten
Scherung gescherte zusätzliche Spalt 32a darin
Platz findet.
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Je
größer der Scherungswinkel γ gewählt wird,
desto breiter wird die Gesamtabbildung. Da die Intensität
der Teilabbildungen von der Mitte eines jeden Spalts seitwärts
abnimmt, sollte bei der Wahl des Scherungswinkels γ eine Überlappung
der Teilbilder der einzelnen Spalte vorgesehen werden.
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15 ist
eine Perpektivansicht einer Blende gemäß einer
vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wiederum
sind der erste Spalt 32 und ein zusätzlicher Spalt 32a gezeigt,
wobei weitere Spalte hinzugefügt werden können.
Die Blende gemäß der vierten Aus führung
der vorliegenden Erfindung besteht aus zwei Blenden gemäß der
dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche an
ihren Zentralachsen zusammengefügt sind. Dadurch lässt sich
eine höhere Wanddicke für besonders hochenergetische
Strahlung erreichen.
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- 100(')('')
- Blende
- 200
- bildgebende
Einrichtung
- 10
- Strahlungsquelle/Testobjekt
- 12
- (hochenergetische)
Strahlung/Strahlungsfeld
- 14
- Abbildungsbereich/Projektionsfläche
- 16
- Empfangseinheit/Detektor/Kamera
- 18
- Strahlung
absorbierender Bereich
- 20
- erste
geschwungene Oberfläche
- 22a,
b
- Strahlengänge/Strahlenbündel
- 24a,
b
- Seitenkanten
- 26
- Strahlung
absorbierender Bereich
- 28a,
b
- Strahlung
absorbierende Bereiche
- 30
- Abschirmelement/Abschirmwand
- 32
- (erster)
Spalt
- 32a,
b
- zusätzliche
Spalte
- 34
- Durchtrittsöffnung
- 36
- erster
Zentralstrahl
- 36a,
b
- zusätzliche
Zentralstrahlen
- 38
- Bildachse
- 46
- Röntgenröhre
- 48
- Bleiwand
mit Fenster
- 50
- Streufilter/Aluminiumplatte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69001117 [0006]
- - DD 240091 [0007]
- - DE 4000507 [0008]
- - DE 19603212 [0009]
- - US 6377661 [0010]
- - GB 1046337 [0010]
- - DE 102005029674 A1 [0012, 0014, 0015, 0017, 0033, 0048, 0049, 0064]
- - DE 102007057261 [0015, 0040]