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Die Erfindung betrifft eine Mikrofokus-Röntgenröhre der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Derartige Röntgenröhren sind allgemein bekannt und werden bedispielsweise bei der Prüfung von Leiterplatten in der Elektronikindustrie eingesetzt. Die bekannten Röntgenröhren weisen ein Target auf, auf das bei Betrieb der Röntgenröhre hochenergetisch beschleunigte Elektronen oder andere elektrisch geladene Teilchen auftreffen, so daß in allgemein bekannter Weise Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die so erzeugte Röntgenstrahlung wird in bildgebenden Verfahren verwendet, um beispielsweise Bauteile bzw. Bauteilanordnungen auf Leiterplatten abzubilden und die Leiterplatten auf diese Weise optisch zu prüfen.
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Durch
DE 10 2006 062 451 A1 ist eine Mikrofokus-Röntgenröhre der betreffenden Art bekannt, die Mittel zur Erzeugung eines Elektronenstrahles und zum Richten des Elektronenstrahles auf ein Target und eine Spulenanordnung zur Ablenkung und/oder Fokussierung des Elektronenstrahles aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrofokus-Röntgenröhre der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die hinsichtlich der zu erzielenden Abbildungsqualität und -stabilität günstige Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei Betrieb einer herkömmlichen Mikrofokus-Röntgegenröhre während des Betriebes der Brennfleck in seiner Form bzw. Größe und seiner Position verändert. Entsprechende Veränderungen wirken sich negativ auf die Abbildungsqualität und -stabilität bei der Verwendung einer entsprechenden Mikrofokus-Röntgenröhre in bildgebenden Verfahren aus. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die Mikrofokus-Röntgenröhre so zu modifizieren, daß die Form bzw. Größe und Position des Brennflecks stabilisiert werden.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß unerwünschte Veränderungen der Form bzw. Größe und der Position des Brennfleckes auf thermische Veränderungen, insbesondere Ausdehnungen von Bauteilen der Mikrofokus-Röntgenröhre zurückgehen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die weitere Erkenntnis zugrunde, daß die entsprechenden thermischen Veränderungen nicht von im Bereich des Targets erzeugter Wärme herrühren, zumal das Target einer Mikrofokus-Röntgenröhre ohnehin häufig gekühlt wird. Vielmehr beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß für die beschriebenen thermischen Veränderungen Wärme maßgeblich ist, die in einer Spule oder mehreren Spulen der Spulenanordnung erzeugt wird. Die Spulenanordnung weist elektrische Spulen auf, die als Objektivspule, Kondensorspule oder Ablenkspule fungieren können und bei Betrieb der Mikrofokus-Röntgenröhre von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Die hierbei entstehende Wärme führt zu einer Erwärmung der Mikrofokus-Röntgenröhre, die insbesondere zu Längenänderungen an den Bauteilen der Mikrofokus-Röntgenröhre, die nachfolgend auch kurz als Röntgenröhre bezeichnet wird, führen. Die Erfindung sieht vor diesem Hintergrund vor, daß der Spulenanordnung wenigstens eine Kühleinrichtung zugeordnet ist. Auf diese Weise wird während des Betriebs der Röntgenröhre eine Temperaturerhöhung an Bauteilen der Röntgenröhre verhindert oder zumindest vermieden, so daß von thermischen Veränderungen herrührende Änderungen der Form bzw. Größe und der Position des Brennfleckes vermieden oder zumindest verringert sind.
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Dementsprechend hat die erfindungsgemäße Röntgenröhre hinsichtlich der Abbildungsqualität bzw. der Stabilität der Abbildung günstige Eigenschaften, die sie insbesondere für eine Verwendung in bildgebenden Verfahren geeignet machen. Die erfindungsgemäße Röntgenröhre ist in vielfältiger Weise einsetzbar. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Röhre in CT-Systemen im NDT-Bereich (Materialprüfung) einsetzbar.
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Unter einem Elektronenstrahl wird erfindungsgemäß ein Strahl elektrischer Teilchen beliebiger Ladung verstanden, bei dessen Auftreffen auf ein Target Röntgenstrahlung entsteht.
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Die Kühleinrichtung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre kann auf beliebige geeignete Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann im Inneren der Mikrofokus-Röntgenröhre eine Luftströmung erzeugt werden, die die Spulenanordnung oder zumindest Teile davon kühlt. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, daß die Kühleinrichtung wenigstens einen bei Betrieb der Mikrofokus-Röntgenröhre von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, durchströmten Strömungskanal aufweist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders effektive Kühlung bei relativ geringem apparativem Aufwand.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß der Strömungskanal in und/oder an und/oder in unmittelbarer Nähe zu wenigstens einem Bauteil der Spulenanordnung angeordnet bzw. gebildet ist. Auf diese Weise wird dort gekühlt, wo die Wärme entsteht. Daraus ergibt sich eine besonders effektive Kühlung.
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Der Strömungskanal kann auf beliebige geeignete Weise ausgeführt sein. So ist es beispielsweise möglich, in die Wicklungen einer Spule einen separaten Strömungskanal, beispielsweise in Form eines Schlauches oder dünnwandigen Rohres, einzuarbeiten. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, daß wenigstens eine Wicklung einer Spule zur Bildung des Strömungskanales wenigstens abschnittsweise hohl ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform erfüllt die Wicklung zwei Funktionen, nämlich einerseits die Funktion, einen zur Beeinflussung des Elektronenstrahles erforderlichen elektrischen Strom zu leiten, und zum anderen die Funktion, ein Kühlmedium zu leiten. Auf diese Weise ist die Kühlung noch weiter verbessert, da die Kühlung unmittelbar an der Wicklung der Spule wirkt, also unmittelbar dort, wo beim Fließen eines elektrischen Stromes Wärme entsteht.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Strömungskanal in einem Spulenträger wenigstens einer Spule gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Wicklung der Spule auf herkömmliche Weise ausgebildet sein. Mit entsprechenden Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahren lassen sich in dem Spulenträger auf einfache und kostengünstige Weise Strömungskanäle nahezu beliebiger Geometrie bilden.
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Bei den Ausführungsformen mit dem Strömungskanal kann dieser eine beliebige geeignete Geometrie aufweisen, beispielsweise um eine Strahlachse der Röntgenröhre herum wendelförmig oder wenigstens abschnittsweise wendelförmig oder zur Strahlachse parallel verlaufen.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Spulenanordnung wenigstens eine Ablenkspule und/oder wenigstens eine Kondensorspule und/oder wenigstens eine Objektivspule aufweist. Erfindungsgemäß können sämtliche der verwendeten Spulen gekühlt werden, indem die Kühleinrichtung sämtlichen Spulen zugeordnet ist. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, nur einzelne oder eine einzige Spule zu kühlen.
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Entsprechend den jeweiligen Anforderungen an die zu erzielende Abbildungsqualität bzw. -stabilität ist es erfindungsgemäß ausreichend, die Kühlung der Spulenanordnung ungesteuert bzw. ungeregelt vorzunehmen. Um die Kühlung dadurch weiter zu verbessern, daß sie gesteuert bzw. geregelt werden kann, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wenigstens einen Temperatursensor zur Messung der Temperatur an wenigstens einer Stelle der Temperatur der Mikrofokus-Röntgenröhre, insbesondere an der oder im Bereich der Spulenanordnung, vor.
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In Kombination mit einer anderen Weiterbildung, die eine mit dem Temperatursensor oder den Temperatursensoren verbundene Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Temperatur der Mikrofokus-Röntgenröhre vorsieht, ergibt sich eine Röntgenröhre mit gesteuerter bzw. geregelter und damit besonders wirksamer Kühlung. Die Kühlwirkung eines den Strömungskanal oder die Strömungskanäle durchströmenden Kühlmediums kann insbesondere dadurch dosiert werden, daß die Durchflußmenge pro Zeiteinheit des Kühlmediums verändert wird. Die Steuerungs- und Regelungseinrichtung kann also insbesondere dazu dienen, die Temperatur und/oder Durchflußmenge des Kühlmediums entsprechend den jeweiligen Anforderungen zu verändern.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, daß die Steuerungs- und Regelungseinrichtung mit einer Ansteuerungseinrichtung der Spulenanordnung in Signalübertragungsverbindung steht zur Steuerung bzw. Regelung des Spulenstromes wenigstens einer Spule der Spulenanordnung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal eines Temperatursensors. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, den Spulenstrom wenigstens einer Spule in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal wenigstens eines Temperatursensors zu beeinflussen. Falls also beispielsweise einen Temperaturanstieg in der Röntgenröhre mithilfe der Kühlung nicht mehr in ausreichendem Maße entgegengewirkt werden kann, so kann der Spulenstrom wenigstens einer Spule beeinflußt werden, um Änderungen des Brennflecks hinsichtlich seiner Größe bzw. Form und seiner Position, die von thermischen Veränderungen an den Bauteilen der Röntgenröhre herrühren, zumindest teilweise zu kompensieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbbeispiele einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 in geschnittener Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrofokus-Röntgenröhre und
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2 in gleicher Darstellung wie 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrofokus-Röntgenröhre.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrofokus-Röntgenröhre 2 dargestellt, die einen Grundkörper 4 aufweist, an dem ein Target 6 angeordnet ist. Das Target 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Direktstrahl-Reflexionstarget ausgebildet. Die Mikrofokus-Röntgenröhre 2, die nachfolgend auch kurz als Röntgenröhre bezeichnet wird, weist ferner in der Zeichnung nicht näher dargestellte Mittel zur Erzeugung eines Elektronenstrahles auf, wobei die Strahlachse des Elektronenstrahles in 1 durch eine strichpunktierte Linie 8 symbolisiert ist. Bei Betrieb der Röntgenröhre 2 trifft der Elektronenstrahl 8 auf das Target 6 auf, wobei Röntgenstrahlung entsteht, die beispielsweise in bildgebenden Verfahren bei der Untersuchung von Bauteilen bzw. Baugruppen in der Elektronikindustrie eingesetzt wird. Die Art und Weise, wie der Elektronenstrahl erzeugt wird und bei seinem Auftreffen auf das Target 6 Röntgenstrahlung entsteht, ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert. Von dem Target 6 ausgehende Röntgenstrahlung ist in 1 durch eine strichpunktierte Linie 10 symbolisiert.
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Die Röntgenröhre 2 weist ferner eine Spulenanordnung 12 zur Ablenkung und/oder Fokussierung des Elektronenstrahles auf. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann die Spulenanordnung 12 wenigstens eine Ablenkspule und/oder wenigstens eine Kondensorspule und/oder wenigstens eine Objektivspule aufweisen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spulenanordnung 12 schematisch durch eine einzelne Spule 14 angedeutet, die koaxial zu der Strahlachse 8 auf einem Spulenträger 16 angeordnet ist und auf ihrer radialen Außenseite von einer Eisenummantelung 18 umgeben ist.
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Erfindungsgemäß ist der Spulenanordnung 12 wenigstens eine Kühleinrichtung zugeordnet, die bei diesem Ausführungsbeispiel einen bei Betrieb der Röntgenröhre 2 von einem Kühlmedium, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmten Strömungskanal 20 aufweist. Der Strömungskanal 20 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Spulenträger 16 gebildet. Durch Pfeile 22, 24 ist in 1 symbolisiert, daß ein Kühlmedium, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, in den Strömungskanal 20 hinein bzw. aus diesem heraus strömt. Der Strömungskanal 20 ist in 1 lediglich schematisch angedeutet. Er kann beispielsweise wendelartig um die Strahlachse 8 herum verlaufen. Es ist beispielsweise auch möglich, daß der Strömungskanal mäanderförmig mit parallel zur Strahlachse 8 verlaufenden Abschnitten ausgestaltet ist.
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Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Röntgenröhre 2 ist wie folgt:
Bei Betrieb der Röntgenröhre 2 trifft der Elektronenstrahl auf das Target 6 auf, wobei Röntgenstrahlung 10 entsteht. Die Spule 14 ist bei Betrieb der Röntgenröhre 2 von einen Strom durchflossen, so daß entsprechend den jeweiligen Anforderungen der Elektronenstrahl abgelenkt und/oder fokussiert wird. Die hierbei in der Wicklung der Spule 14 entstehende Wärme wird über das den Strömungskanal 20 durchströmende Kühlmedium abgeführt, so daß eine Erwärmung der Bauteile der Spulenanordnung 12 verhindert oder zumindest verringert ist. Auf diese Weise ist eine unerwünschte wärmebedingte Beeinflussung der Form bzw. Größe und Position des Brennflecks der Röntgenröhre 2 verhindert oder zumindest verringert.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch unterscheidet, daß das Target 6 als Transmissionstarget ausgestaltet ist. In 2 ist mit dem Bezugszeichen 26 ein zu untersuchendes Objekt und mit dem Bezugszeichen 28 ein Detektor zur Detektion der Röntgenstrahlung nach Durchstrahlung des Objektes 26 bezeichnet. Mit FOD ist in 1 der Fokus-Objekt-Abstand (focus object distance) und mit FDD der Fokus-Detektor-Abstand (focus detector distance) bezeichnet.
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Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 kann die Kühlung grundsätzlich ungesteuert erfolgen, indem das Kühlmedium den Strömungskanal 20 mit einer fest vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit und einer fest vorgegebenen Temperatur bei Eintritt in den Strömungskanal 20 durchströmt. Um die Kühlung zu verbessern, kann ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur an wenigstens einer Stelle der Mikrofokus-Röntgenröhre 2, insbesondere an der oder im Bereich der Spulenanordnung 12, vorgesehen sein. Ferner kann eine mit dem Temperatursensor oder den Temperatursensoren verbundene Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Temperatur der Mikrofokus-Röntgenröhre 2 vorgesehen sein. Durch den Temperatursensor bzw. die Temperatursensoren wird bei Betrieb der Mikrofokus-Röntgenröhre 2 die Temperatur an wenigstens einer Stelle der Röntgenröhre abgefühlt. Bei einem Anstieg der Temperatur kann beispielsweise die Durchflußmenge pro Zeiteinheit des Kühlmediums erhöht werden, indem beispielsweise die Pumpleistung einer das Kühlmedium fördernden Pumpe erhöht wird. Es ist ggf. auch möglich, die Temperatur, die das Kühlmedium bei Eintritt in den Strömungskanal 20 hat, zu verringern. Auf diese Weise ist die Kühlung steuerbar bzw. regelbar und damit noch effizienter gestaltet.
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In Erweiterung einer solchen Steuerung bzw. Regelung kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung mit einer Ansteuerungseinrichtung der Spulenanordnung 12 in Signalübertragungsverbindung stehen zur Steuerung bzw. Regelung des Spulenstroms der Spule 14 der Spulenanordnung 12 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Temperatursensors. Ist beispielsweise anhand des Ausgangssignales des Temperatursensors erkennbar, daß die zur Verfügung stehende Kühlleistung nicht ausreicht, um eine erwünschte Kühlung zu bewirken, so kann der Spulenstrom hinsichtlich wenigstens eines Parameters beeinflußt werden. Auf diese Weise können Änderungen des Brennflecks hinsichtlich Form bzw. Größe und Position, die sich aus einer Temperaturerhöhung in der Röntgenröhre 2 ergeben, zumindest teilweise kompensiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006062451 A1 [0003]
