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Die Erfindung betrifft eine Streustrahlenrastervorrichtung, umfassend wenigstens ein Streustrahlenraster zur Absorption von durch ein Objekt gestreuter Sekundärstrahlung, welches über wenigstens ein diesem zugeordnetes Stellmittel in wenigstens einem Freiheitsgrad bewegbar ist.
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Es ist weithin bekannt, dass es bei Durchstrahlen eines Objekts mit Röntgenstrahlung zur Entstehung von Sekundär- bzw. Streustrahlung kommt, welche die Bildqualität respektive Aussagekraft des erzeugten Bildes negativ beeinflussen kann. Es ist ebenso bekannt, zur Reduzierung des Streustrahlenanteils Streustrahlenrastervorrichtungen, welche wenigstens ein Streustrahlenraster zur Absorption von durch ein Objekt gestreuter Sekundär- bzw. Streustrahlung umfassen, zwischen dem zu bestrahlenden Objekt und einem Strahlendetektor anzuordnen.
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Die Streustrahlenraster sind üblicherweise, etwa um die Abbildung von Strukturen des Streustrahlenrasters auf dem zu erzeugenden Röntgenbild zu vermeiden, über entsprechendes Stellmittel in wenigstens einem Freiheitsgrad bewegbar. Unter derartigen Stellmitteln sind beispielsweise etwa mit Blattfedern, Linearspindeln oder bestimmten Lageranordnungen, wie Taumellagern, versehene Rasterantriebe zu verstehen.
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Nachteile an den bestehenden Stellmitteln ergeben sich vornehmlich bezüglich deren Bewegbarkeit, d. h. insbesondere deren Trägheit, d. h. etwa in der Stillstandszeit, zwischen der ein Streustrahlenraster von einer Richtung in eine andere Richtung bewegt wird, oder deren exakter Positionierbarkeit.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich deren Bewegbarkeit, verbesserte Streustrahlenrastervorrichtung anzugeben.
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Das Problem wird erfindungsgemäß durch eine Streustrahlenrastervorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass das Stellmittel ein linearer Piezoantrieb ist.
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Das erfindungsgemäß Prinzip geht davon aus, das wenigstens eine, der Streustrahlenrastervorrichtung zugehörige Streustrahlenraster nicht über ein konventionelles, sondern über ein neuartiges Stellmittel in Form wenigstens eines linearen Piezoantriebs zu bewegen. Derart sind hochaufgelöste bzw. hochgenaue Bewegungen eines entsprechenden Streustrahlenrasters bis in den Bereich einiger Nano- bzw. Mikrometer darstellbar. Die Piezoantriebe können jeweils eine Linearbewegung auf ein oder mehrere Streustrahlenraster übertragen, so dass unter Verwendung mehrerer entsprechend an einem oder mehreren Streustrahlenrastern angeordneter Piezoantriebe eine Vielzahl an unterschiedlichen Bewegungsbahnen des oder der jeweiligen Streustrahlenraster möglich ist. Entsprechend ist die bei Durchstrahlung eines Objekts durch Streuung entstehende gestreute Sekundärstrahlung gezielt durch die Streustrahlenraster absorbierbar. Bei der Röntgenbildgebung regelmäßig störende Moiré-Effekte, welche bei der vertikalen Überlagerung mehrerer Streustrahlenraster auftreten, können ebenfalls gezielt verhindert bzw. reduziert werden.
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Gegebenenfalls ist es denkbar, ein entsprechendes Streustrahlenraster neben einem Stellmittel in Form eines linearen Piezoantriebs zusätzlich auch mit anderen üblichen Stellmitteln wie etwa elektromechanischen Linearantrieben oder dergleichen zu koppeln und derart zu bewegen.
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Als Streustrahlenraster im erfindungsgemäßen Sinne können jedwede bekannten Arten an Streustrahlenrastern verwendet werden. Lediglich beispielhaft werden fokussierte oder parallele Streustrahlenraster genannt. Die Form eines Streustrahlenrasters ist regelmäßig rechteckig. Ein Streustrahlenraster kann jedoch z. B. auch polygonal, rund, linienartig, wabenförmig oder schachtförmig ausgebildet sein. Entsprechende Streustrahlenraster können eine Lamellenstruktur aufweisen.
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Ein linearer Piezoantrieb kann sowohl ein lediglich ein bei Anlagen einer elektrischen Spannung eine Linearbewegung ausführendes Piezoelement als auch mehrere gekoppelte bzw. gestapelte entsprechende Piezoelemente umfassen. Die Anzahl der dem linearen Piezoantrieb zugehörigen Piezoelemente richtet sich im Wesentlichen nach dem gewünschten Verfahrweg des linearen Piezoantriebs.
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Es ist möglich, dass der lineare Piezoantrieb ausgehend von einer Neutralstellung eine Bewegung nur in eine erste Richtung und zurück in die Neutralstellung oder ausgehend von der Neutralstellung in eine erste und eine ebenfalls ausgehend von der Neutralstellung zur ersten Richtung entgegengesetzt gerichtete zweite Richtung ausführen kann.
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Betreffend die Bewegbarkeit des Streustrahlenrasters kann es sein, dass diese über wenigstens einen an einer Randseite angeordneten linearen Piezoantrieb eindimensional bewegbar ist. Selbstverständlich sind dabei geeignete Lagerungen etwa in Form von Linearführungen vorgesehen, welche eindimensionale Bewegungen des Streustrahlenrasters unterstützen.
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Denkbar ist es ferner, dass das Streustrahlenraster über wenigstens zwei an benachbarten Randseiten angeordnete lineare Piezoantriebe zweidimensional bewegbar ist. Mithin ist das Streustrahlenraster hier in einer Ebene bewegbar. Die Ebene kann als Horizontal- oder Vertikalebene vorliegen. Es ist ferner möglich, dass die Ebene bezüglich der Horizontalen geneigt, mithin als schiefe Ebene vorliegt. Gleichermaßen sind geeignete Lagerungen vorgesehen, die die zweidimensionale Bewegbarkeit des Streustrahlenrasters unterstützen.
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Weiterhin ist es möglich, dass das Streustrahlenraster über wenigstens einen randseitig angeordneten linearen Piezoantrieb vertikal verstellbar oder verkippbar ist. Diese Ausführungsform betrifft zum einen eine Bewegung des kompletten Streustrahlenrasters in vertikaler Richtung und zum anderen eine Verschwenkung des Streustrahlenrasters um eine Schwenkachse, wenn z. B. nur eine Randseite des Streustrahlenraster in vertikaler Richtung bewegt wird, so dass das Streustrahlenraster gegenüber der Horizontalen verkippt bzw. relativ zur Horizontalen geneigt wird. Auch hier sind selbstverständlich geeignete Lagerungen des Streustrahlenrasters vorgesehen.
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Die Anordnung der linearen Piezoantriebe ist, wie erwähnt, zweckmäßig randseitig an den jeweiligen Streustrahlenrastern. Mithin befinden sich die linearen Piezoantriebe nicht innerhalb der durch die jeweiligen Streustrahlenraster aufgespannten Fläche, so dass die linearen Piezoantriebe keinen Einfluss auf die Bildqualität nehmen können. Entsprechend den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen greift wenigstens ein linearer Piezoantrieb an wenigstens einer Rand- bzw. Stirnseite eines Streustrahlenrasters an. Bevorzugt befindet sich an jeder Rand- bzw. Stirnseite eines Streustrahlenrasters wenigstens ein linearer Piezoantrieb.
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Es kann ferner zweckmäßig sein, wenn die Streustrahlenrastervorrichtung mehrere Streustrahlenraster in parallel übereinanderliegender Anordnung aufweist, welche über wenigstens einen gemeinsamen oder über jeweils wenigstens einen linearen Piezoantrieb bewegbar sind. Die horizontal gestapelte Anordnung mehrerer Streustrahlenraster in unterschiedlichen horizontal übereinanderliegenden Ebenen erlaubt gleichförmige oder gegenläufige Bewegungen der entsprechenden Streustrahlenraster. Dabei ist es möglich, dass wenigstens ein linearer Piezoantrieb für ein Streustrahlenraster oder wenigstens ein linearer Piezoantrieb für mehrere, in entsprechenden horizontalen Ebenen angeordnete Streustrahlenraster vorgesehen ist. Im ersten Fall ermöglicht ein oder mehrere lineare Piezoantriebe ausschließlich die Bewegung eines einzelnen oder mehrerer, in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordneter Streustrahlenraster, wohingegen im zweiten Fall über einen linearen Piezoantrieb mehrere übereinanderliegend angeordnete Streustrahlenraster bewegbar sind.
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Dabei ist es bevorzugt, dass die Streustrahlenraster jeweils in zwei orthogonal zueinander stehenden Freiheitsgraden in jeweils einer Horizontalebene bewegbar sind. Mithin sind über den oder die linearen Piezoantrieb(e) gleichläufige oder gegenläufige Bewegungen eines Streustrahlenrasters in einer horizontalen Ebene möglich, so dass ein Streustrahlenraster in x- und y-Richtung bewegbar ist (die x- und y-Richtung stellen hier jeweils separate Freiheitsgrade dar).
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Es ist weiterhin denkbar, dass wenigstens ein Streustrahlenraster in einer Vertikalrichtung bewegbar ist. Durch die Bewegung wenigstens eines der horizontal übereinanderliegend angeordneten Streustrahlenraster in einer Vertikalrichtung bzw. z-Richtung sind durch die Einstellung bestimmter Abstände zwischen den einzelnen Streustrahlenrastern entsprechende Fokusveränderungen möglich. Durch die Verwendung des linearen Piezoantriebs sind auch hier hoch aufgelöste Bewegungen in z-Richtung darstellbar, so dass sich Fokusveränderungen exakt einstellen lassen.
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Durch eine entsprechend um eine Vertikalachse bzw. in z-Richtung gekippte Anordnung der linearen Piezoantriebe lassen sich ferner auch kombinierte Vertikal- und Horizontalbewegungen ausführen, d. h. die entsprechenden Streustrahlenraster sind auch entlang einer schiefen Ebene bewegbar. Gleiches gilt selbstverständlich auch für eine bezüglich einer Horizontalachse bzw. in der x- oder y-Richtung gekippte Anordnung entsprechender linearer Piezoantriebe.
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Eine biaxiale Bewegbarkeit wenigstens eines Streustrahlenrasters ergibt sich auch in der erfindungsgemäßen Ausführungsform, wonach wenigstens ein Streustrahlenraster auf einem in zwei orthogonal zueinanderstehenden linearen Bewegungsrichtungen bewegbaren Kreuztisch (xy-Tisch) gelagert ist, wobei der Kreuztisch über wenigstens einen linearen Piezoantrieb bewegbar ist. Hier ist wenigstens ein Streustrahlenraster auf einem Kreuztisch gelagert und entsprechend einer horizontalen Ebene in x- und y-Richtung bewegbar. Der Antrieb des Kreuztisches erfolgt über wenigstens einen, bevorzugt jedoch zwei entsprechend Bewegungen in x- und y-Richtung übertragende lineare Piezoantriebe als Teil des Kreuztisches.
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Es ist zudem denkbar, dass die erfindungsgemäße Streustrahlenrastervorrichtung wenigstens einen wenigstens ein Streustrahlenraster lagernden Hexapod umfasst, wobei wenigstens ein linearer Piezoantrieb zur Bewegung wenigstens des das wenigstens eine Streustrahlenraster lagernden Teils des Hexapods vorgesehen ist. Hexapods sind an und für sich bekannt und erlauben die Bewegung eines entsprechenden auf diesen gelagerten Gegenstands in sechs Freiheitsgraden. Mithin sind hier neben Horizontal- bzw. Vertikalbewegungen auch kurvenförmige Bewegungen und/oder Drehbewegungen und/oder Kippbewegungen eines oder mehrerer Streustrahlenraster, gegebenenfalls relativ zueinander, möglich. Die Lagerung des oder der Streustrahlenraster erfolgt beispielsweise an einem über die Linearantriebe verbundenen oberen oder unteren Scheiben- bzw. Ringkörper des Hexapods.
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Weiterhin ist es möglich, dass die Streustrahlenrastervorrichtung zwei Hexapods aufweist, wobei innerhalb eines ersten, äußeren Hexapods ein zweiter, innerer Hexapod angeordnet ist, wobei jeder Hexapod wenigstens ein Streustrahlenraster lagert. Diese Ausführungsform sieht zwei jeweils wenigstens ein Streustrahlenraster lagernde Hexapods vor, wobei ein äußerer erster Hexapod einen inneren zweiten Hexapod aufnimmt. Durch die entsprechende Ansteuerung der beiden Hexapods können die jeweils von diesen gelagerten Streustrahlenraster in beliebige räumliche Beziehungen zueinander gebracht werden bzw. in beliebigen räumlichen Bewegungsbahnen relativ zueinander bewegt werden.
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Die erfindungsgemäß vorgesehenen linearen Piezoantriebe können einen Verfahrweg von 0,01 mm bis 40 mm, insbesondere 0,1 mm bis 20 mm, aufweisen. Selbstverständlich können auch sowohl kleinere als auch größere Verfahrwege realisierende Piezoantriebe eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung gemäß einer dritte Ausführungsform, und
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4 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Ersichtlich handelt es sich um eine Aufsicht. Die Streustrahlenrastervorrichtung 1 umfasst ein rechteckiges Streustrahlenraster 2 zur Absorption von durch ein Objekt gestreuter Sekundär- bzw. Streustrahlung. Das Streustrahlenraster 2 ist in einer Horizontalebene in x- und/oder y-Richtung über entsprechende randseitig angeordnete Stellmittel in Form von linearen Piezoantrieben 3 bewegbar. Ein linearer Piezoantrieb 3 umfasst wenigstens ein Piezoelement (nicht gezeigt).
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Ersichtlich sind an jeder Rand- bzw. Stirnseite des Streustrahlenraster 2 vier lineare Piezoantriebe 3 vorgesehen, so dass sich hoch aufgelöste Bewegungen des Streustrahlenrasters 2 innerhalb der Horizontalebene, d. h. in x- und/oder y-Richtung, darstellen lassen. Wenigstens ein linearer Piezoantrieb 3 erlaubt ferner eine vertikale Verstellung respektive Verkippung bzw. Schrägstellung des Streustrahlenrasters 2.
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Bevorzugt weist jeder der linearen Piezoantriebe 3 einen Verfahrweg von 0,01–40 mm auf. Es ist denkbar, das Streustrahlenraster 2 zusätzlich in entsprechenden Linearführungen (nicht gezeigt) zu lagern.
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Die linearen Piezoantriebe 3 können beispielsweise Teil eines das Streustrahlenraster 2 lagernden Kreuztisches (xy-Tisches) sein.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Ersichtlich handelt es sich um eine Seitenansicht. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Streustrahlenrastervorrichtung 1, sind hier zwei übereinanderliegend angeordnete Streustrahlenraster 2 vorgesehen, welche über diesen jeweils separat zugeordnete lineare Piezoantriebe 3 bewegbar sind. Die übereinander liegend angeordneten Streustrahlenraster 2 sind jeweils in einer Horizontalebene in x- und/oder y-Richtung bewegbar (vgl. 1). Durch die relative Bewegbarkeit der Streustrahlenraster 2, insbesondere in der xy-Ebene, lassen sich z. B. Moiré-Effekte ausgleichen.
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Zusätzlich sind in vertikaler Anordnung weitere lineare Piezoantriebe 3 vorgesehen, welche eine Vertikalbewegung der oder lediglich eines der Streustrahlenraster 2 ermöglichen, so dass diese beispielsweise in z-Richtung relativ zu einander bewegbar sind. Derart ist z. B. eine Einstellung eines bestimmten Fokussierungsbereiches realisierbar. Durch die in der Vertikalachse bzw. z-Achse angeordneten Piezoantriebe 3 lassen sich gegebenenfalls auch gewisse Biegemomente auf die Streustrahlenraster 2 übertragen.
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Grundsätzlich ist die Bewegbarkeit der Streustrahlenraster 2 sowohl gleich- als auch gegenläufig möglich. Die Bewegbarkeit der Streustrahlenraster 2 respektive die Ansteuerung der linearen Piezoantriebe 3 erfolgt über wenigstens eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt), über welche automatisch oder benutzerseitig eingebbare Bewegungsvektoren oder Bewegungstrajektorien der einzelnen oder aller Streustrahlenraster 2 eingebbar sind.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Es handelt sich um eine perspektivische Darstellung. Hierbei ist ein Hexapod 4 vorgesehen, welcher im Wesentlichen aus einer unteren Ringscheibe 5 und einer oberen Ringscheibe 6, welche Ringscheiben 5, 6 über sechs unabhängig voneinander ansteuerbare lineare Piezoantriebe 3 verbunden sind, besteht. Auf der oberen Ringscheibe 6 ist ein Streustrahlenraster 2 gelagert. Durch die gezielte Ansteuerung einzelner oder mehrerer linearer Piezoantriebe 3 lassen sich die obere Ringscheibe 6 sowie das darauf gelagerte Streustrahlenraster 2 in beliebigen zwei- oder dreidimensionalen Bahnen relativ zur unteren Ringscheibe 5, welche üblicherweise auf einem festen Untergrund gelagert ist, bewegen. Dabei sind z. B. flächige, rotatorische oder Kippbewegungen des Streustrahlenrasters 2 möglich.
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4 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Streustrahlenrastervorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform. Hierbei sind zwei Hexapods 4 vorgesehen, wobei ein erster, äußerer Hexapod 4 einen zweiten, inneren Hexapod 4 aufnimmt. Beide Hexapods 4 lagern jeweils ein Streustrahlenraster auf einer entsprechenden oberen Ringscheibe 6. Die Ausführungsform in 4 erlaubt beliebige Relativbewegungen der auf den beiden Hexapods 4 gelagerten Streustrahlenraster 2 zueinander, so dass sich ein Höchstmaß an Bewegungsfreiheitsgraden der Streustrahlenraster 2 relativ zueinander ergibt.
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Das erfindungsgemäße Prinzip sieht ein neuartiges Bewegungsrespektive Antriebskonzept für entsprechende einer Streustrahlenrastervorrichtung 1 zugehörige Streustrahlenraster 2 vor, wobei über die Verwendung linearer Piezoantriebe 3 eine hoch aufgelöste Bewegung der Streustrahlenraster 2 möglich ist. Derart lassen sich sowohl bei der Röntgenbildgebung unerwünschte Moiré-Effekte verhindern bzw. reduzieren als auch Fokusveränderungen hoch aufgelöst darstellen. Sämtliche Streustrahlenraster 2 können dabei permanent in Bewegung betrieben werden oder in ausgezeichnete Positionen verfahren und dort belassen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Streustrahlenrastervorrichtung
- 2
- Streustrahlenraster
- 3
- Piezoantrieb
- 4
- Hexapod
- 5
- Ringscheibe
- 6
- Ringscheibe
