DE102009021750B4

DE102009021750B4 - Schwenkbar bewegliche Schlitzblendenvorrichtung

Info

Publication number: DE102009021750B4
Application number: DE200910021750
Authority: DE
Inventors: Dr. Osterloh Kurt; Prof.Dr. Ewert Uwe; Dr. Zscherpel Uwe
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: WO2010130668A1; DE102009021750A1

Abstract

Schlitzblendenvorrichtung, insbesondere für eine bildgebende Einrichtung, wobei die Schlitzblendenvorrichtung eine Blende (10) umfasst und geeignet ist, von einer Strahlungsquelle (52) ausgehende, insbesondere hochenergetische, Strahlung (54) zu begrenzen und entlang einer optischen Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich (18) zu richten, wobei die Blende (10) ein erstes Absorptionselement (60) umfasst, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche (62) aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise durch eine Funktion der Form z(x, y) = f(y)·x + n(y) beschrieben werden kann, und wobei die Blende (10) ein zweites Absorptionselement umfasst, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche (62) des ersten Absorptionselements (60) geformt ist, wobei die beiden Absorptionselemente derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen ein Spalt (40) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (10) um eine Drehachse (12) drehbar gelagert ist, welche mit der z-Achse...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzblendenvorrichtung, insbesondere eine schwenkbar bewegliche Schlitzblendenvorrichtung zur radiographischen Abbildung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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.
Um die Gestalt solcher Strahlenquellen abzubilden, ist es nahe liegend, 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 Expositionszeit ohne jegliche Betätigung irgendwelcher Bedienungselemente.
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 kleinen 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.
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. Bei energiereicher Strahlung liegt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen aufgrund der erforderlichen Materialdicke eine erhebliche Abweichung vom idealen Lochkameraprinzip vor.
In der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 ist eine Blende offenbart, welche einige der beschriebenen Nachteile überwindet. Die Blende 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 ein erstes Absorptionselement, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise durch eine Funktion der Form z(x, y) = f (y)·x + n beschrieben werden kann, sowie ein zweites Absorptionselement, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche des ersten Absorptionselements geformt ist, wobei die beiden Absorptionselemente derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen ein Spalt vorhanden ist.
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.
In der Patentschrift DE 10 2008 025 109 B4 ist eine Blende offenbart, welche diesen Nachteil überwindet und eine bessere Abbildungsqualität und/oder einen größeren Abbildungsbereich und/oder eine höhere Strahlenausbeute erzielt. Dies wird dadurch erreicht, dass mehrere Schlitze vorgesehen sind, deren Oberflächen jeweils zumindest teilweise durch affine Abbildungen auseinander hervorgehen.
An dieser Blende ist nachteilig, dass sie aufgrund der komplexen Anordnung der Vielzahl von Schlitzen aufwändig herzustellen ist. Ferner ist an dieser Blende nachteilig, dass die Intensitätsverteilung in y-Richtung heterogen ist, d. h. stufig in Abhängigkeit der Lagen der einzelnen Schlitze. Diese Stufigkeit wird durch die laterale Intensitätsabnahme der Einzelabbildungen aus jedem individuellen Schlitz geglättet, eine Ungleichverteilung kann aber erhalten bleiben, abhängig von den eingestellten Schlitzbreiten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schlitzblendenvorrichtung für eine Lochkamera anzugeben, welche gegenüber der in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarten Blende eine bessere Abbildungsqualität und/oder einen größeren Abbildungsbereich und/oder eine höhere Strahlenausbeute erzielt und zugleich die beschriebenen Nachteile der in der Patentschrift DE 10 2008 025 109 B4 offenbarten Blende vermeidet und eine homogenere Intensitätsverteilung erreicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schlitzblendenvorrichtung mit diesen Vorteilen anzugeben, bei deren Herstellung das in der Patentschrift DE 10 2007 057 261 B3 offenbarte Verfahren zur Herstellung der in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarten Blende eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß werden die Aufgaben mittels einer Schlitzblendenvorrichtung, insbesondere einer schwenkbar beweglichen Schlitzblendenvorrichtung zur radiographischen Abbildung, mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Insbesondere weist die erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Blende mit den oben beschriebenen vorteilhaften Merkmalen der in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 029 674 A1 offenbarten Blende auf, wobei für die erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung 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.
Für die Beschreibung der Oberflächenkonturen wird ein auf die Blende bezogenes dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem zugrunde gelegt, dessen Ursprung ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf der ersten nicht-ebenen Oberfläche liegt (vergleiche 2). Die Funktionsweise der Blende lässt sich dadurch erläutern, dass ein Strahlbündel mit einem Richtungsvektor (1, y_s, z_s) 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 nicht-ebenen 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 Stelle eine Durchsicht durch den entstehenden Spalt in gerader Richtung möglich. An anderen Stellen wird die Strahlung stärker absorbiert.
Unter einem Absorptionselement ist hier ein Element zu verstehen, das zumindest einen Bereich aufweist, welcher die Strahlung zumindest teilweise absorbiert. Unter einem Spalt ist ein die Strahlung gering absorbierender Bereich zu verstehen. Er kann mit Luft oder einem anderen geeigneten Material gefüllt sein, welches die Strahlung weniger absorbiert als die die Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Bereiche der Absorptionselemente, wobei das Material in Form eines separaten Einsatzstückes oder einer auf mindestens eine der nicht-ebenen Oberflächen aufgebrachten Beschichtung vorliegen kann.
Dadurch, dass die zumindest teilweise komplementären Oberflächen der Absorptionselemente in der Blende nicht eben und somit geschwungen sind, wird erreicht, dass Strahlung in verschiedenen Strahlrichtungen durch den Spalt hindurchtreten kann.
Dadurch, dass die Blende um eine Drehachse drehbar gelagert ist, welche mit der z-Achse zusammenfällt, wird erreicht, dass der Abbildungsbereich erweitert wird. Die Blende bildet je nach Drehposition verschiedene Bereiche ab, die insgesamt einen Abbildungsbereich ergeben, der größer als der in jeder einzelnen Drehposition der Blende erzielte Abbildungsbereich ist.
Die Funktion n(y) ist vorzugsweise linear. Besonders bevorzugt ist, dass die Funktion n(y) konstant ist. Die Funktion f(y) ist ebenfalls vorzugsweise linear. Besonders bevorzugt ist, dass die Funktion f(y) die Form f(y) = C·y hat. Dadurch, dass die Drehachse mit der z-Achse zusammenfällt, wird erreicht, dass die durch verschiedene Drehpositionen der Blende erzielbaren Abbildungen möglichst kompatibel sind, so dass ihre Überlagerung übergangsfrei eine möglichst einheitliche Abbildung ohne Unschärfen und Verzerrungen ergibt. Ferner wird dadurch die Herstellung der Blende vereinfacht.
In dem besonders bevorzugten Fall, dass die Funktion n(y) konstant ist und die Funktion f(y) die Form f(y) = C·y hat, sind die durch verschiedene Drehpositionen der Blende erzielbaren Abbildungen besonders kompatibel. In diesem Fall kann die Mittelfläche des Spalts zumindest teilweise durch eine Funktion der Form z(x, y) = C·y·x + n beschrieben werden. Ein Strahlbündel mit dem Richtungsvektor (1, y_s, z_s) und dem Schnittpunkt (0, y₀, z₀) mit der y-z-Ebene verläuft näherungsweise entlang dieser Mittelfläche, wenn entlang der Gerade näherungsweise z = C·y·x + n gilt, d. h. z₀+ λz_s = C·(y₀ + λy_s)·λ + n mit dem Geradenparameter λ. Ein Koeffizientenvergleich für λ ergibt die Bedingungen z₀ = n und z_s = C·y₀·λ.
Sind diese Gleichungen erfüllt, so verläuft der Strahlengang in erster Näherung entlang der Mittelfläche. Die Abweichung ist linear in y_s und quadratisch in λ und ist genügend klein, um einen Strahldurchtritt zu erlauben, wenn die y-Komponente y_s des Richtungsvektors genügend klein ist. Da die Bedingungen für die Geradenparameter z₀ und z_s nicht von y_s abhängen, treten zu gegebenen Parametern y₀, z₀ und z_s, welche die obigen Gleichungen erfüllen, alle Strahlen mit genügend kleinem y_s durch den Spalt hindurch.
Statt einer Drehung der Blende um einen Winkel θ um die z-Achse wird nun die äquivalente Drehung des Strahlbündels um den Winkel –θ um die z-Achse betrachtet. Für kleine Winkel θ und kleine y-Komponenten y_s des Richtungsvektors ergibt sich für die Geradenparameter des gedrehten Strahlenbündels in erster Näherung (0, y₀, z₀) → (sin θy₀, y₀, z₀), (1, y_s, z_s) → (1, –sinθ + y_s, z_s)
Die Verschiebung um sinθy₀ in der x-Komponente entspricht einer geringfügigen Verschiebung in den y- und z-Komponenten um sin θy₀ y_s bzw. sin θ y₀ z_s. Der Richtungsvektor ändert sich in dieser Näherung ausschließlich in der y-Komponente y_s, die in den Bedingungsgleichungen für den Strahldurchtritt nicht vorkommt. Es folgt, dass bei einer kleinen Drehung um die z-Achse in erster Näherung dieselben Strahlen die Bedingungsgleichungen erfüllen wie vor der Drehung. Eine Änderung in der Menge der durchtretenden Strahlen tritt somit in erster Näherung ausschließlich aufgrund der Bedingung auf, dass die y-Komponente y_s des Richtungsvektors ausreichend klein sein muss, um den in λ quadratischen Term zu begrenzen. Somit erzielt die Blende in der gedrehten und der ungedrehten Position Teilabbildungen, die sich in erster Näherung lediglich durch die Grenzen ihrer Abbildungsbereiche unterscheiden, im Durchschnitt der beiden Abbildungsbereiche jedoch in erster Näherung identische Abbildungsvorschriften aufweisen, so dass die Teilabbildungen in erster Näherung kompatibel sind und sich zu einer einheitlichen Gesamtabbildung überlagern.
Dadurch, dass die Drehachse durch den Schwerpunkt des aus der Blende und den mit ihr fest verbundenen Elementen bestehenden Systems verläuft, wird eine Unwucht vermieden und das Trägheitsmoment um die Drehachse und damit das zur Drehung erforderliche Drehmoment minimiert. Somit wird ein möglichst präziser, ökonomischer, kraftsparender und verschleißarmer Betrieb gewährleistet. Zu den mit der Blende fest verbundenen Elementen können weitere Absorptionselemente sowie eine Halterung und eine Drehaufhängung gehören.
Vorzugsweise weist die Schlitzblendenvorrichtung zusätzliche Absorptionselemente auf, die dergestalt angeordnet sind, dass Strahlung, die ansonsten an der Blende vorbei auf den Abbildungsbereich einfallen würde, absorbiert wird. Besonders bevorzugt ist, dass in jeder durch Drehung der Blende um die Drehachse erzielbaren Drehposition jeder auf den Abbildungsbereich gerichtete Strahl, welcher nicht durch den Spalt verläuft, durch mindestens ein Absorptionselement absorbiert wird. Dadurch wird erreicht, dass kein Strahl seitlich die Blendenanordnung passieren kann, da unabhängig von der Drehposition der Blende Strahlung, die ansonsten an der Blende vorbei auf den Abbildungsbereich einfallen und die Qualität der Abbildung verringern würde, wenigstens teilweise abgeschirmt wird. Die zusätzlichen Absorptionselemente können dasselbe die Strahlung zumindest teilweise absorbierende Material umfassen wie die Absorptionselemente der Blende, und/oder sie können ein anderes die Strahlung zumindest teilweise absorbierendes Material umfassen. Die Dicken der Absorptionselemente können gleich oder verschieden sein.
Dadurch, dass die zusätzlichen Absorptionselemente zwei mit der Blende fest verbundene Backenteile sowie eine Abschirmwand umfassen, wird eine besonders vorteilhafte Abschirmung der Strahlung in den verschiedenen Drehpositionen erreicht.
Dadurch, dass die Blende, die zwei Backenteile und die Abschirmwand dergestalt angeordnet sind, dass in jeder durch Drehung der Blende um die Drehachse erzielbaren Drehposition jeder auf den Abbildungsbereich gerichtete Strahl, welcher nicht durch den Spalt verläuft, entlang einer Wegstrecke durch mindestens ein Absorptionselement absorbiert wird, deren Länge größer oder gleich der Dicke der Abschirmwand ist, wird erreicht, dass unabhängig von der Drehposition der Blende Strahlung, die ansonsten an der Blende vorbei auf den Abbildungsbereich einfallen und die Qualität der Abbildung verringern würde, mindestens entsprechend der Abschirmung bei Durchtritt durch die Abschirmwand abgeschirmt wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abschirmwand zugewandte Oberflächen der zwei Backenteile jeweils zumindest teilweise Ausschnitte aus einer ersten Zylinderoberfläche bilden und den Backenteilen zugewandte Oberflächen der Abschirmwand jeweils zumindest teilweise Ausschnitte aus einer zweiten Zylinderoberfläche bilden, wobei die Zylinderachsen der ersten und zweiten Zylinderoberflächen mit der Drehachse zusammenfallen. Dadurch wird erreicht, dass die Einpassung der Backenteile in die Abschirmwand von der Drehposition der Blende unabhängig ist. Dadurch, dass die Zylinderradien der ersten und zweiten Zylinderoberflächen aneinander angepasst sind, wird erreicht, dass möglichst wenig Strahlung zwischen den Backenteilen und der Abschirmwand hindurchtreten kann. Vorzugsweise ist die Differenz zwischen dem Zylinderradius der zweiten Zylinderoberfläche und dem Zylinderradius der ersten Zylinderoberfläche die kleinstmögliche Differenz ist, die eine ungehinderte Drehung der Blende erlaubt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Abschirmwand zugewandte Oberflächen der zwei Backenteile und den Backenteilen zugewandte Oberflächen der Abschirmwand jeweils zumindest teilweise eben sind. Dies hat den Vorteil, dass bei der Herstellung der Schlitzblendenvorrichtung keine gebogenen Flächen auszufräsen sind.
Vorzugsweise sind ferner zwei Stegleisten vorgesehen, deren jede mit einem der zwei Backenteile fest verbunden ist, wobei die Stegleisten so angeordnet sind, dass in einer Drehposition, in welcher ein Backenteil nicht an der Abschirmwand anliegt, die mit dem Backenteil fest verbundene Stegleiste verhindert, dass Strahlung zwischen der Abschirmwand und dem Backenteil hindurchtritt, ohne durch ein Absorptionselement absorbiert zu werden. Dadurch wird vermieden, dass Strahlung, insbesondere frontal eintreffende Strahlung seitlich der Blende zwischen der Abschirmwand und den Backenteilen hindurchtreten kann, wenn dazwischen ein Zwischenraum besteht. Dadurch, dass in einer Drehposition, in welcher einer der zwei Backenteile an der Abschirmwand anliegt, die mit dem anderen Backenteil fest verbundene Stegleiste ebenfalls an der Abschirmwand anliegt, wird eine besonders vorteilhafte Abschirmung erreicht.
Vorzugsweise weist die Schlitzblendenvorrichtung eine Pleuelstange, ein Achsrad und einen Motor auf, wobei die Blende von dem Motor über die Pleuelstange und das Achsrad zu einer pendelnden Drehbewegung um die Drehachse antreibbar ist. Dadurch werden eine kontrollierte Winkelbewegung und eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Abbildungsbereichs erreicht.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur radiographischen Abbildung mit Hilfe der oben beschriebenen Schlitzblendenvorrichtung bereit. Dabei wird die Blende während des Abbildungsvorgangs einer Drehbewegung um die Drehachse unterworfen. Die Drehbewegung ist vorzugsweise eine pendelnde Drehbewegung. Besonders bevorzugt ist, dass die Blende von einem Motor über eine Pleuelstange und ein Achsrad zu der pendelnden Drehbewegung angetrieben wird. Dadurch werden eine kontrollierte Winkelbewegung und eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Abbildungsbereichs erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine bildgebende Einrichtung mit einer Blende;
2 eine nicht-ebene Oberfläche mit eingezeichnetem kartesischen Koordinatensystem und eingezeichneten Strahlengängen;
3 ein kartesisches Koordinatensystem mit eingezeichnetem Richtungsvektor in der x-z-Ebene;
4 eine asymmetrisch ausgeführte Blende gemäß der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 ;
5 eine erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in einer ersten Ausführung;
6 die erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in der ersten Ausführung in verschiedenen Drehpositionen sowie einige in diesen Drehpositionen durch die Absorptionselemente abgeschirmte Strahlen; und
7 eine erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in einer zweiten Ausführung.
1 veranschaulicht das Lochkameraprinzip an einer bildgebenden Einrichtung 50. Von einer Strahlungsquelle 52, zum Beispiel einem Testkörper, wird hochenergetische Strahlung 54, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, emittiert. Die Strahlung 54 trifft auf eine Blende 10, durch welche sie begrenzt wird und entlang einer optischen Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich 18 gerichtet wird. Der Abbildungsbereich 18 ist typischerweise eine Projektionsfläche, auf welcher eine Abbildung des Testkörpers 56 erzeugt wird. Im Abbildungsbereich 18 befindet sich eine Empfangseinheit 58, welche für die Strahlung 54 empfindlich ist, insbesondere ein Detektor oder eine Kamera.
Die Blende 10 gemäß der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 umfasst Absorptionselemente. Ein erstes Absorptionselement 60 ist in 2 gezeigt. Es wird durch eine erste nicht-ebene Oberfläche 62 von einem Spalt (nicht gezeigt) abgegrenzt. Die Lage des kartesischen Koordinatensystems ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit derart gewählt, dass sein Ursprung auf der ersten nicht-ebenen Außenfläche 62 liegt. Die x-Achse fällt mit der optischen Achse zusammen.
Die Oberflächenkontur der in 2 gezeigten nicht-ebenen Oberfläche 62 des Absorptionselements 60 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 62 gilt C < 0; ebenso kann jedoch auch C > 0 gewählt werden. Das Absorptionselement 60 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 64a, b dargestellt, welche parallel zu den Seitenkanten 66a, b des Absorptionselements 60 verlaufen. Die Strahlengänge 64a, 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 nicht-ebenen Oberfläche 62. Für jeden Richtungsvektor mit nicht verschwindender y-Komponente sind dagegen die entsprechenden Linien auf der nicht-ebenen Oberfläche 62 nicht linear.
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 einem solchen Richtungsvektor, dessen y-Komponente verschwindet, gelangt durch die erfindungsgemäße Blende an einer Stelle y, an der f(y) = tan ψ gilt.
Das in 2 illustrierte Absorptionselement ist symmetrisch um die z-Achse aufgebaut. Die y-Achse, durch die sämtliche den Spalt passierenden Strahlengänge verlaufen, bildet in dieser Ausführung eine Mittelachse der Blende; bei Drehung um die y-Achse um 180° werden die beiden Absorptionselemente der Blende ineinander überführt. Diese Symmetrien müssen jedoch bei der Verwirklichung der Blende nicht zwingend beibehalten werden. Die nicht-ebene Oberfläche des ersten Absorptionselements kann einem beliebigen Ausschnitt aus der Funktion z (x, y) entsprechen.
4 zeigt eine Perspektivansicht einer asymmetrisch ausgeführten Blende gemäß der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 . Außer dem Umriss der asymmetrisch ausgeführten Blende 10 ist zum Vergleich der Umriss einer entsprechend 2 symmetrisch ausgeführten Blende 10' gezeigt. Ferner sind jeweils die Schnittlinien des Spalts 40 mit den äußeren Grenzflächen der beiden Blenden eingezeichnet. Die Blende 10 ist im Vergleich zu der Blende 10' an der y-z-Ebene abgeschnitten; hingegen ist sie in Richtung höherer x-Koordinaten im Vergleich zu der Blende 10' erweitert. Die y-Achse kommt dadurch auf der Oberfläche der Blende zu liegen. Die Strahlenführung ist dabei gegenüber der symmetrischen Ausführung unverändert.
5 zeigt eine erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in einer ersten Ausführung. Eine Blende 10 gemäß der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 ist um eine Drehachse 12 drehbar gelagert. Die Drehachse 12 verläuft in dieser Ausführung entlang der Oberfläche der Blende 10. Auch hier ist zum Vergleich der Umriss einer symmetrisch ausgeführten Blende 10' eingezeichnet. Die Drehachse fällt mit der z-Achse zusammen.
Die Blende 10 wird durch zwei seitliche, lückenlos aufsitzende Backenteile 14a und 14b mit der Dicke k gehalten, die mit der Blende 10 fest verbunden sind. Ferner umfasst die Schlitzblendenvorrichtung eine Abschirmwand 16 mit der Schichtdicke w. Die Backenteile 14a, 14b und die Abschirmwand 16 bestehen aus einem die Strahlung möglichst stark absorbierenden Material und dienen zur Abschirmung von Strahlung, die ansonsten an der Blende 10 vorbei in den Abbildungsbereich 18 gelangen würde. Die der Abschirmwand 16 zugewandten Oberflächen der Backenteile 14a, 14b und die den Backenteilen 14a, 14b zugewandten Oberflächen der Abschirmwand 16 sind eben und liegen auf einer Seite aneinander an, wenn die Blende 10 in einer Richtung bis zum Anschlag gedreht ist. In dieser Ausführung liegt die Drehachse auf der Hinterseite der Abschirmwand 16 und weist einen Abstand h auf.
Da je nach Drehposition der Blende 10 Zwischenräume zwischen den Backenteilen 14a, 14b und der Abschirmwand 16 auftreten, durch die unerwünschte Strahlung in den Abbildungsbereich 18 gelangen könnte, sind ferner zwei Stegleisten 20a und 20b vorgesehen, die jeweils fest mit einem der Backenteile 14a, 14b verbunden sind. Die Stegleisten bestehen ebenfalls aus einem die Strahlung möglichst stark absorbierenden Material. Wenn ein Backenteil an der Abschirmwand anliegt, so liegt in dieser Ausführung die an dem anderen Backenteil befestigte Stegleiste ebenfalls an der Abschirmwand an.
Die Schlitzblendenvorrichtung weist ferner eine Pleuelstange 22 und ein Achsrad 24 auf. Das Achsrad kann sich oberhalb oder unterhalb der Blendenanordnung befinden. Es wird von einem Motor (nicht gezeigt) angetrieben und treibt seinerseits die Blende über die Pleuelschlange zu einer pendelnden Drehbewegung an, die jeweils einen Winkel α durchläuft. Während dieser Drehbewegung überstreicht die Aufhängung am Backenteil den Kreisbogen 26. Die Stellung der Pleuelstange in der der dargestellten Drehposition entgegengesetzten Drehposition ist bei 28 angedeutet.
Vier verschiedene im Verlauf der pendelnden Drehbewegung eingenommene Drehpositionen sind in 6 gezeigt. Die vier Teilbilder a bis d zeigen jeweils eine Drehposition, die nach einer Vierteldrehung des Achsrads im Uhrzeigersinn eingenommen wird. Die Pfeile zeigen einige kritische Strahlengänge, insbesondere solche, entlang derer in Abwesenheit der Stegleisten unerwünschte Strahlung in den Abbildungsbereich gelangen könnte. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden diese Strahlengänge in jeder Drehposition mindestens entsprechend der Dicke der Abschirmwand abgeschirmt.
Im Teilbild a liegt das Backenteil 14a an der Abschirmwand 16 an, und die Strahlen 30 werden abgeschirmt. Auf der gegenüberliegenden Seite besteht jedoch ein Zwischenraum zwischen dem Backenteil 14b und der Abschirmwand 16. Der Strahl 32, der bei Abwesenheit der Stegleisten keine ausreichende Dicke des Backenteils 14b durchlaufen würde, wird durch die Stegleiste 20b zusätzlich abgeschirmt. Die Stegleiste 20b liegt an der Abschirmwand 16 an.
Im Teilbild b hat die Blendenanordnung zu beiden Seiten denselben Abstand von der Abschirmwand. Die Strahlen 30 werden sowohl durch das Backenteil 14a als auch durch die Stegleiste 20a abgeschirmt, der Strahl 32 nunmehr ausschließlich durch die Stegleiste 20b.
Im Teilbild c liegt nunmehr das Backenteil 14b an der Abschirmwand 16 an. Der Strahl 32 wird sowohl durch das Backenteil 14b als auch durch die Stegleiste 20b abgeschirmt. Auf der gegenüberliegenden Seite besteht jedoch wiederum ein Zwischenraum zwischen dem Backenteil 14a und der Abschirmwand 16. Die Strahlen 30, die bei Abwesenheit der Stegleisten ungehindert durch die Schlitzblendenvorrichtung hindurchtreten würden, werden durch die Stegleiste 20a abgeschirmt. Die Stegleiste 20a liegt an der Abschirmwand 16 an.
Im Teilbild d nimmt die Blende schließlich wieder dieselbe mittige Position ein wie im Teilbild b.
7 zeigt eine erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in einer zweiten Ausführung. Eine Blende 10 gemäß der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 ist um eine Drehachse 12 drehbar gelagert. Die Drehachse 12 steht wiederum senkrecht auf der y-Achse und fällt mit der z-Achse zusammen. In dieser Ausführung ist die Blende 10 symmetrisch um die y-Achse und die z-Achse ausgeführt. Die Blende 10 wird durch zwei seitliche, lückenlos aufsitzende Backenteile 14a und 14b gehalten, die mit der Blende 10 fest verbunden sind. Die Drehachse 12 verläuft durch den Schwerpunkt des aus der Blende und den mit ihr fest verbundenen Backenteilen bestehenden Systems. Sie kann einen Abstand h von der zu dem Abbildungsbereich hin gerichteten Oberfläche der Abschirmwand haben.
Ferner umfasst die Schlitzblendenvorrichtung eine Abschirmwand 16 mit der Schichtdicke w. Die der Abschirmwand 16 zugewandten Oberflächen der Backenteile 14a, 14b und die den Backenteilen 14a, 14b zugewandten Oberflächen der Abschirmwand 16 bilden Ausschnitte von Zylinderoberflächen, deren Zylinderachsen mit der Drehachse 12 zusammenfallen und deren Zylinderradien annähernd gleich sind, so dass sich die Blende 10 mitsamt den Backenteilen 14a und 14b drehen lässt, aber unabhängig von der Drehposition kein signifikanter Zwischenraum zwischen den Backenteilen 14a, 14b und der Abschirmwand 16 auftritt. Daher benötigt die Schlitzblendenvorrichtung in dieser Ausführung keine Stegleisten, um einen seitlichen Strahlendurchtritt zu verhindern. Die Backenteile weisen eine maximale Dicke k auf. Wie die erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in der ersten Ausführung kann auch die erfindungsgemäße Schlitzblendenvorrichtung in der zweiten Ausführung von einem Motor (nicht gezeigt) über ein Achsrad 24 und eine Pleuelstange 22 zu einer pendelnden Drehbewegung angetrieben werden.
Bezugszeichenliste

10: Blende
12: Drehachse
14a, b: Backenteil
16: Abschirmwand
18: Abbildungsbereich
20a, b: Stegleiste
22: Pleuelstange
24: Achsrad
26: Kreisbogen
28: entgegengesetzte Stellung der Pleuelstange
30, 32: abgeschirmte Strahlung
40: Spalt
50: bildgebende Einrichtung
52: Strahlungsquelle
54: Strahlung
56: Testkörper
58: Empfangseinheit
60: erstes Absorptionselement
62: erste nicht-ebene Oberfläche
64a, b: Strahlengänge
66a, b: Seitenkanten

Claims

Schlitzblendenvorrichtung, insbesondere für eine bildgebende Einrichtung, wobei die Schlitzblendenvorrichtung eine Blende (10) umfasst und geeignet ist, von einer Strahlungsquelle (52) ausgehende, insbesondere hochenergetische, Strahlung (54) zu begrenzen und entlang einer optischen Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich (18) zu richten, wobei die Blende (10) ein erstes Absorptionselement (60) umfasst, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche (62) aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise durch eine Funktion der Form z(x, y) = f(y)·x + n(y) beschrieben werden kann, und wobei die Blende (10) ein zweites Absorptionselement umfasst, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche (62) des ersten Absorptionselements (60) geformt ist, wobei die beiden Absorptionselemente derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen ein Spalt (40) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (10) um eine Drehachse (12) drehbar gelagert ist, welche mit der z-Achse zusammenfällt.
Schlitzblendenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion n(y) konstant ist.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion f(y) die Form f(y) = C·y hat.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (12) durch den Schwerpunkt des aus der Blende (10) und den mit ihr fest verbundenen Elementen (14a, 14b, 20a, 20b) bestehenden Systems verläuft.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zusätzliche Absorptionselemente, die dergestalt angeordnet sind, dass Strahlung (30, 32), die ansonsten an der Blende (10) vorbei auf den Abbildungsbereich (18) einfallen würde, absorbiert wird.
Schlitzblendenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder durch Drehung der Blende (10) um die Drehachse (12) erzielbaren Drehposition jeder auf den Abbildungsbereich (18) gerichtete Strahl, welcher nicht durch den Spalt (40) verläuft, durch mindestens ein Absorptionselement absorbiert wird.
Schlitzblendenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Absorptionselemente zwei mit der Blende (10) fest verbundene Backenteile (14a, 14b) sowie eine Abschirmwand (16) umfassen.
Schlitzblendenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (10), die zwei Backenteile (14a, 14b) und die Abschirmwand (16) dergestalt angeordnet sind, dass in jeder durch Drehung der Blende (10) um die Drehachse (12) erzielbaren Drehposition jeder auf den Abbildungsbereich (18) gerichtete Strahl, welcher nicht durch den Spalt (40) verläuft, entlang einer Wegstrecke durch mindestens ein Absorptionselement absorbiert wird, deren Länge größer oder gleich der Dicke (w) der Abschirmwand (16) ist.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmwand (16) zugewandte Oberflächen der zwei Backenteile (14a, 14b) jeweils zumindest teilweise Ausschnitte aus einer ersten Zylinderoberfläche bilden und den Backenteilen (14a, 14b) zugewandte Oberflächen der Abschirmwand (16) jeweils zumindest teilweise Ausschnitte aus einer zweiten Zylinderoberfläche bilden, wobei die Zylinderachsen der ersten und zweiten Zylinderoberflächen mit der Drehachse (12) zusammenfallen.
Schlitzblendenvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderradien der ersten und zweiten Zylinderoberflächen aneinander angepasst sind.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmwand (16) zugewandte Oberflächen der zwei Backenteile (14a, 14b) und den Backenteilen (14a, 14b) zugewandte Oberflächen der Abschirmwand (16) jeweils zumindest teilweise eben sind.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Absorptionselemente ferner zwei Stegleisten (20a, 20b) umfassen, deren jede mit einem der zwei Backenteile (14a, 14b) fest verbunden ist, wobei die Stegleisten (20a, 20b) so angeordnet sind, dass in einer Drehposition, in welcher ein Backenteil (14b) nicht an der Abschirmwand (16) anliegt, die mit dem Backenteil (14b) fest verbundene Stegleiste (20b) verhindert, dass Strahlung (30, 32) zwischen der Abschirmwand (16) und dem Backenteil (14b) hindurchtritt, ohne durch ein Absorptionselement absorbiert zu werden.
Schlitzblendenvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Drehposition, in welcher einer der zwei Backenteile (14a) an der Abschirmwand (16) anliegt, die mit dem anderen Backenteil (14b) fest verbundene Stegleiste (20b) ebenfalls an der Abschirmwand (16) anliegt.
Schlitzblendenvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pleuelstange (22), ein Achsrad (24) und einen Motor, wobei die Blende (10) von dem Motor über die Pleuelstange (22) und das Achsrad (24) zu einer pendelnden Drehbewegung um die Drehachse (12) antreibbar ist.
Verfahren zur radiographischen Abbildung mit Hilfe einer Schlitzblendenvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (10) während des Abbildungsvorgangs einer Drehbewegung um die Drehachse (12) unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung eine pendelnde Drehbewegung ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (10) von einem Motor über eine Pleuelstange (22) und ein Achsrad (24) zu der pendelnden Drehbewegung angetrieben wird.