DE102018206514A1 - Method and device for controlling a focal spot position - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Kontrolle einer Position eines Brennflecks (50) auf einem Target (30) in einer Röntgenröhre (10, umfassend:
mindestens ein Ladungssammelelement (60) zum Sammeln eines Teils von im Brennfleck (50) erzeugten Sekundärelektronen, wobei das mindestens eine Ladungssammelelement (60) beabstandet von dem Target (30) in der Röntgenröhre (10) angeordnet ist und elektrisch isoliert ist,
wobei das mindestens eine Ladungssammelelement (60) so angeordnet ist, dass jeweils ein Erfassungsraumwinkel (8), der von freien Sichtlinien (101,102; 101', 102'; 101", 102") der Sekundärelektronen aufgespannt wird, kleiner als der Raumwinkel der Hemisphäre über der Targetoberfläche (31) in einer Sollbrennfleckposition (55) ist, wobei freie Sichtlinien (101,102; 101', 102'; 101", 102") jene geraden Linien sind, entlang derer sich eines der Sekundärelektronen ungehindert von dem Target (30) zu dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) bewegen kann; und
eine Messeinrichtung (270) zum Messen der pro Zeitintervall gesammelten Ladung und
eine mit der Messeinrichtung (270) verbundene Auswerteeinrichtung (280), welche geeignet ist, eine Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung in eine Positionsveränderung umzuwandeln und ein Positionssignal (290) bereitzustellen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren, welches Änderungen der Brennfleckposition (52) ermittelt.
The invention relates to a device (1) for controlling a position of a focal spot (50) on a target (30) in an x-ray tube (10, comprising:
at least one charge collection element (60) for collecting a portion of secondary electrons generated in the focal spot (50), the at least one charge collection element (60) being spaced from the target (30) in the x-ray tube (10) and being electrically isolated,
wherein the at least one charge collecting element (60) is arranged so that in each case a detection space angle (8) spanned by free lines of sight (101, 102; 101 ', 102', 101 ", 102") of the secondary electrons is smaller than the solid angle of the hemisphere is above the target surface (31) at a target focal spot position (55), with free line of sight (101, 102, 101 ', 102', 101 ", 102") being the straight lines along which one of the secondary electrons passes unhindered from the target (30). to which at least one charge collecting element (60) can move; and
a measuring device (270) for measuring the charge collected per time interval and
an evaluation device (280) connected to the measuring device (270), which device is suitable for converting a change in the charge detected per time interval into a change in position and for providing a position signal (290). Furthermore, the invention relates to a method which detects changes in the focal spot position (52).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle einer Position eines Brennflecks in einem Überwachungsbereich um eine Sollbrennfleckposition auf einem Target in einer Röntgenröhre, insbesondere in einer Röntgenröhre einer industriellen Computertomographie-Messvorrichtung.The invention relates to a method and an apparatus for controlling a position of a focal spot in a surveillance area about a target focal spot position on a target in an x-ray tube, in particular in an x-ray tube of an industrial computed tomography measuring device.
Bei der Messtechnik der industriellen Computertomographie ist eine genaue Kenntnis der verschiedenen geometrischen Parameter der Messvorrichtung von entscheidender Bedeutung. Hierzu gehört auch die Kenntnis der Position des Brennflecks der Röntgenquelle, der auch Quellfleck oder englisch Spot genannt wird. Eine ungenaue Kenntnis der Position der Entstehung der Röntgenstrahlung, d. h der Brennfleckposition, geht direkt in Messabweichungen eines Prüfobjekts ein, welches mittels einer industriellen Computertomographie-Messvorrichtung vermessen wird.With the measurement technology of industrial computed tomography, a precise knowledge of the various geometric parameters of the measuring device is of crucial importance. This also includes the knowledge of the position of the focal spot of the X-ray source, which is also called source spot or English spot. An inaccurate knowledge of the position of the origin of the X-ray radiation, d. h the focal spot position, is directly in the measurement errors of a test object, which is measured by means of an industrial computed tomography measuring device.
Selbst wenn die Brennfleckposition zu Beginn einer jeden Messung bekannt ist und vorzugsweise für alle Messungen gleich ist, besteht dennoch eine Schwierigkeit darin, dass auch während einer Vermessung eines Prüfobjekts die Brennfleckposition auf dem Target der Röntgenquelle driften oder wandern kann. Insbesondere wenn sich während der Messung ein neues thermisches Gleichgewicht einstellen muss, treten solche Schwankungen oder Änderungen der Brennfleckposition in einer Röntgenquelle auf.Even if the focal spot position is known at the beginning of each measurement and is preferably the same for all measurements, there is still a problem that even during a measurement of a test object, the focal spot position can drift or wander on the target of the X-ray source. In particular, when a new thermal equilibrium must be established during the measurement, such fluctuations or changes in the focal spot position occur in an X-ray source.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, eine Brennfleckdrift zu berücksichtigen oder zu kompensieren. Bei einer Variante werden am Beginn einer Abtastung eines Prüfobjekts mit der Röntgenstrahlung Projektionen unter sehr großen Winkelschritten aufgenommen. Werden beispielsweise Winkelschritte von 45° genutzt, so müssen acht Projektionen bei den sich ergebenden acht Referenzwinkeln erfasst werden. Diese Projektionen des Prüfobjekts dienen dann als Referenzprojektionen. Wird bei der Feinabtastung des Prüfobjekts einer der Referenzwinkel erreicht, wird über ein Bildverarbeitungsverfahren ein Versatz zwischen der aktuellen Projektion und der zuvor erfassten Referenzprojektion bestimmt und dieser Versatz zur translatorischen Korrektur verwendet. Dieses stellt keine vollständige Korrektur einer Brennfleckpositionsänderung dar, da eine perspektivische Wirkung der Änderung der Brennfleckposition nicht berücksichtigt wird.From the prior art, various ways are known to consider or compensate for focal spot drift. In one variant, projections are recorded at very large angular steps at the beginning of a scan of a test object with the X-ray radiation. If, for example, angular steps of 45 ° are used, then eight projections must be recorded at the resulting eight reference angles. These projections of the test object then serve as reference projections. If one of the reference angles is reached during the fine scanning of the test object, an offset between the current projection and the previously acquired reference projection is determined via an image processing method, and this offset is used for the translational correction. This is not a complete correction of a focal position change because a perspective effect of changing the focal spot position is not taken into account.
Eine andere Variante sieht vor, dass die Vermessung eines Prüfobjekts nach einer vorgegebenen Anzahl von Messschritten unterbrochen wird und jeweils anstelle des Prüfobjekts oder zusätzlich ein Referenzobjekt in den Messbereich eingebracht wird. Anhand dieses Referenzobjekts wird dann die Brennfleckposition bestimmt. In einem solchen Fall kann die neue Geometrie direkt den Projektionen zugeordnet werden und bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Jedoch muss eine Vermessung eines Prüfobjekts regelmäßig unterbrochen werden. Werden kontinuierliche Messungen vorgenommen, so müssen die einzelnen Sequenzen der Messung überlappend ausgeführt werden. Darüber hinaus ist es insbesondere für sehr kleine Objekte, die mit einer hohen Vergrößerung vermessen werden, sehr nachteilig, das Objekt nicht nur um geringe Winkelschritte zu drehen, sondern immer wieder aus dem Strahlengang zu fahren. Hierbei besteht jeweils das Risiko, dass eine Objektbewegung in der Halterung stattfindet, die in der Größenordnung der erfassten Auflösung liegt.Another variant provides that the measurement of a test object is interrupted after a predetermined number of measuring steps and in each case instead of the test object or additionally a reference object is introduced into the measuring range. Based on this reference object, the focal spot position is then determined. In such a case, the new geometry can be assigned directly to the projections and taken into account in the reconstruction. However, a measurement of a test object must be interrupted regularly. If continuous measurements are made, the individual sequences of the measurement must be performed overlapping. In addition, it is very disadvantageous, especially for very small objects that are measured with a high magnification, not only to rotate the object by small angular steps, but also repeatedly to drive out of the beam path. In each case there is the risk that an object movement takes place in the holder, which is in the order of magnitude of the detected resolution.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, neben dem eigentlich zu vermessenden Prüfobjekt auch ständig ein bekanntes hochgenaues Referenzobjekt mit im Bild zu behalten. Nachteilig hieran ist, dass hierfür wertvoller Raum in einer Höhenachse verloren geht und für unterschiedliche Vergrößerungen abgestuft eine Vielzahl von Referenzobjekten benötigt wird.Another possibility is to constantly keep a known high-precision reference object in the picture in addition to the test object actually to be measured. The disadvantage of this is that this valuable space is lost in a height axis and graduated for different magnifications, a variety of reference objects is needed.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, die eine Änderung der Brennfleckposition kontrollieren. Unter dem Begriff Kontrollieren wird im engeren Sinne das Erfassen und Überwachen der Brennfleckposition, beispielsweise das Erfassen einer Änderung der Brennfleckposition, verstanden. In einem erweiterten Sinne kann das Kontrollieren auch ein quantitatives ermitteln der Positionsänderung und/oder zusätzlich ein gesteuertes Nachführen bzw. Rückführen der Brennfleckposition in einer Ausgangsbrennfleckposition oder eine Sollbrennfleckposition umfassen.The invention is thus based on the object to provide an improved method and an improved device, which control a change in the focal spot position. In the narrower sense, the term controlling is understood to mean the detection and monitoring of the focal spot position, for example the detection of a change in the focal spot position. In a broader sense, the controlling may also include quantitatively determining the position change and / or additionally including controlled tracking of the focal spot position in an output focal spot position or a target focal spot position.
Die Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is achieved by a device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 9. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Veränderung einer Position des Brennflecks anhand von Sekundärelektronen zu erfassen, die im Brennfleck beim Betrieb der Röntgenröhre zusätzlich zu der Röntgenstrahlung erzeugt und in einen feldfreien Halbraum (Hemisphäre) über einer Targetoberfläche eines Targets emittiert werden. Nutzt man ein Ladungssammelelement, welches beabstandet von der Targetoberfläche in der Röntgenröhre angeordnet ist und aufgrund seiner geometrischen Gestalt und Ausrichtung sowie gegebenenfalls von Blenden und anderen Objekten zwischen der Targetoberfläche und dem Ladungssammelelement nur Sekundärelektronen sammeln kann, die in einen Erfassungsraumwinkel am Brennfleck emittiert werden, welcher nicht den gesamten Halbraum über der Targetoberfläche umfasst, so kann man anhand von Änderungen der pro Zeitintervall mit dem Ladungssammelelement gesammelten Ladung auf eine Änderung der Position des Brennflecks zurückschließen. Lediglich Sekundärelektronen, die entlang einer freien Sichtlinie zwischen der Brennfleckposition und einer Position auf dem Ladungssammelelement emittiert werden, gelangen zu dem Ladungssammelelement. Als freie Sichtlinie wird eine Linie bezeichnet, entlang derer eine ungestörte Sicht von einer Position im Brennfleck zu einer Position auf dem Ladungssammelelement möglich ist oder anders ausgedrückt entlang derer Sekundärelektronen geradlinig ungestört durch materielle Hindernisse von dem Brennfleck zu dem Ladungssammelelement gelangen können. Das Ladungssammelelement ist so angeordnet, dass sich bei einer Änderung der Brennfleckposition der Erfassungsraumwinkel ändert, der von den freien Sichtlinien zwischen der aktuellen Brennfleckposition und dem Ladungssammelelement aufgespannt wird. Aus der Änderung einer erfassten Ladungsmenge pro Zeitintervall kann somit auf eine Änderung der sichtbaren Fläche des Ladungssammelelements für die Sekundärelektronen im Brennfleck geschlossen werden.The invention is based on the idea of detecting a change in a position of the focal spot on the basis of secondary electrons which are generated in the focal spot during operation of the X-ray tube in addition to the X-ray radiation and emitted in a field-free hemisphere over a target surface of a target. If one uses a charge collecting element, which is spaced from the target surface in the X-ray tube is arranged and due to its geometric shape and orientation and optionally of diaphragms and other objects between the Target surface and the charge collecting element can collect only secondary electrons emitted in a detection space angle at the focal spot, which does not cover the entire half space above the target surface, it can be concluded from changes in the charge collected with the charge collecting element per time interval on a change in the position of the focal spot , Only secondary electrons, which are emitted along a free line of sight between the focal spot position and a position on the charge collecting element, reach the charge collecting element. A free line of sight is a line along which an undisturbed view from a position in the focal spot to a position on the charge collecting element is possible, or in other words along which secondary electrons can pass in a straight line undisturbed by material obstacles from the focal spot to the charge collecting element. The charge collection element is arranged such that, as the focal spot position changes, the detection space angle subtended by the free line of sight between the current focal spot position and the charge collection element changes. From the change of a detected charge amount per time interval can thus be concluded that there is a change in the visible area of the charge collecting element for the secondary electrons in the focal spot.
Der Begriff „über“ der Targetoberfläche ist jeweils im Sinne von in der Strahlungsrichtung der Primärelektronen vor der Targetoberfläche zu verstehen, unabhängig von einer Orientierung der Targetoberfläche im Raum.The term "over" the target surface is to be understood in the sense of in the direction of radiation of the primary electrons in front of the target surface, regardless of an orientation of the target surface in space.
Insbesondere wird eine Vorrichtung zur Kontrolle einer Position eines Brennflecks auf einem Target in einer Röntgenröhre in einem Überwachungsbereich um eine Sollbrennfleckposition vorgeschlagen, welche umfasst:
- mindestens ein Ladungssammelelement zum Sammeln eines Teils von im Brennfleck erzeugten und in die Hemisphäre über einer Targetoberfläche des Targets emittierten Sekundärelektronen, wobei das mindestens eine Ladungssammelelement beabstandet von dem Target in der Röntgenröhre angeordnet ist und gegenüber anderen Elementen der Röntgenröhre elektrisch isoliert ist,
- wobei das mindestens eine Ladungssammelelement relativ zu der Targetoberfläche des Targets so angeordnet ist, dass jeweils ein Erfassungsraumwinkel, der von freien Sichtlinien der Sekundärelektronen aufgespannt wird, kleiner als der Raumwinkel der Hemisphäre über der Targetoberfläche in der Sollbrennfleckposition ist, wobei freie Sichtlinien jene geraden Linien sind, die von einer der Entstehungspositionen der Sekundärelektronen im Brennfleck zu einer der Positionen auf dem mindestens einen Ladungssammelelement geradlinig verlaufen und entlang derer sich eines der Sekundärelektronen ungehindert von dem Target zu dem mindestens einen Ladungssammelelement bewegen kann; und
- eine Messeinrichtung, die mit dem mindestens einen Ladungssammelelement verbunden ist, zum Messen der pro Zeitintervall auf dem mindestens einen Ladungssammelelement gesammelten Ladung von Sekundärelektronen und
- eine mit der Messeinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung, welche geeignet ist, eine Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung in eine Positionsveränderung umzuwandeln und ein Positionssignal bereitzustellen.
- at least one charge collection element for collecting a portion of secondary electrons generated in the focal spot and emitted into the hemisphere above a target surface of the target, the at least one charge collection element being spaced from the target in the x-ray tube and electrically isolated from other elements of the x-ray tube,
- wherein the at least one charge collection element is disposed relative to the target surface of the target such that each detection space angle subtended by free lines of view of the secondary electrons is less than the solid angle of the hemisphere above the target surface in the target focal spot position, with clear line of sight being those straight lines which are rectilinear from one of the formation positions of the secondary electrons in the focal spot to one of the positions on the at least one charge collecting element and along which one of the secondary electrons is free to move from the target to the at least one charge collecting element; and
- a measuring device, which is connected to the at least one charge collecting element, for measuring the charge of secondary electrons collected on the at least one charge collecting element per time interval
- an evaluation device connected to the measuring device, which device is suitable for converting a change in the charge detected per time interval into a change in position and for providing a position signal.
Ferner wird ein Verfahren zum Kontrollieren einer Brennfleckposition auf einem Target in einer Röntgenröhre in einem Überwachungsbereich um eine Sollbrennfleckposition vorgeschlagen, welches die Schritte umfasst:
- Sammeln von Sekundärelektronen auf mindestens einem Ladungssammelelement, die einen Anteil der im Brennfleck auf dem Target erzeugten und in eine Hemisphäre über einer Targetoberfläche des Targets emittierten Sekundärelektronen bilden, wobei das mindestens eine Ladungssammelelement relativ zu der Targetoberfläche des Targets so angeordnet ist, dass jeweils ein Erfassungsraumwinkel, der von freien Sichtlinien der Sekundärelektronen aufgespannt wird, kleiner als der Raumwinkel der Hemisphäre über der Targetoberfläche in der Sollbrennfleckposition ist, wobei freie Sichtlinien jene geraden Linien sind, die von einer der Entstehungspositionen der Sekundärelektronen im Brennfleck zu einer der Positionen auf dem mindestens einen Ladungssammelelement geradlinig verlaufen und entlang derer sich eines der Sekundärelektronen ungehindert von dem Target zu dem mindestens einen Ladungssammelelement bewegen kann;
- iteratives Messen der pro Zeitintervall gesammelten Ladung auf dem mindestens einen Ladungssammelelement;
- Ermitteln, ob eine Änderung bei der pro Zeitintervall gesammelten Ladungsmenge aufgetreten ist, und falls dieses der Fall ist, Ermitteln einer Positionsabweichung der Brennfleckposition, die mit einer Änderung des Erfassungsraumwinkels des mindestens einen Ladungssammelelements korrespondiert, wobei die Änderung des Erfassungsraumwinkels wiederum mit der ermittelten Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung korrespondiert, und
- Ausgeben eines Positionssignals, welches eine Positionsinformation umfasst.
- Collecting secondary electrons on at least one charge collecting element that form a portion of the secondary electrons generated in the focal spot on the target and emitted into a hemisphere over a target surface of the target, wherein the at least one charge collection element is disposed relative to the target surface of the target such that each detection space angle , which is spanned by free lines of sight of the secondary electrons, is smaller than the solid angle of the hemisphere over the target surface in the target focal spot position, where free line of sight are those straight lines that are from one of the secondary electron formation positions in the focal spot to one of the positions on the at least one charge collection element straight and along which one of the secondary electrons can move freely from the target to the at least one charge collecting element;
- iteratively measuring the charge accumulated per time interval on the at least one charge collection element;
- Determining whether a change has occurred in the amount of charge accumulated per time interval, and if so, determining a positional deviation of the focal spot position corresponding to a change in the detection space angle of the at least one charge accumulation element, wherein the change in the detection space angle again coincides with the determined change corresponds to the charge detected per time interval, and
- Outputting a position signal comprising position information.
Vorteil der Erfindung ist es, dass unmittelbar im Brennfleck entstehende Sekundärelektronen genutzt werden, um die Position des Brennflecks und/oder eine Veränderung der Brennfleckposition zu bestimmen. Insbesondere bei Röntgenquellen, bei denen die Primärelektronen auf das Target der Röntgenröhre unter einem flachen Winkel gerichtet sind und die erzeugte Röntgenstrahlung ebenfalls unter einem flachen Winkel aus der Targetoberfläche austritt, kann ein Raum senkrecht über der Targetoberfläche genutzt werden, um die erzeugten Sekundärelektronen nachzuweisen. Es hat sich gezeigt, dass bereits Änderungen, die einem Zehntel des Durchmessers des Brennflecks entsprechen, nachgewiesen werden können. Dies gilt zumindest für Brennfleckdurchmesser im Bereich von 10 µm bis 1 mm.Advantage of the invention is that used directly in the focal spot secondary electrons are used to determine the position of the focal spot and / or a change in the focal spot position. In particular, in X-ray sources in which the primary electrons are directed onto the target of the X-ray tube at a shallow angle and the generated X-ray also exits the target surface at a shallow angle, a space perpendicular to the target surface can be used to detect the generated secondary electrons. It has been shown that changes which correspond to one tenth of the diameter of the focal spot can already be detected. This applies at least for focal spot diameter in the range of 10 microns to 1 mm.
Es wird ausgenutzt, dass beim Auftreffen von hochenergetischen Elektronen auf das Target im Brennfleck nur ein Teil der Elektronen geringfügig reflektiert wird, jedoch eine deutlich größere Anzahl von niederenergetischen Sekundärelektronen im Brennfleck emittiert werden. Diese werden im Brennfleck in alle Raumrichtungen in der Hemisphäre über der Targetoberfläche emittiert. Es hat sich gezeigt, dass die Gesamtladungsmenge, die von dem Target in die Hemisphäre über der Targetoberfläche emittiert wird, etwa 50 % der durch die Primärelektronen auf das Target aufgebrachten Ladung beträgt. Hiervon wird jedoch nur ein Bruchteil von dem Ladungssammelelement aufgefangen, da der Erfassungsraumwinkel des Ladungssammelelements kleiner, in der Regel deutlich kleiner als der Raumwinkel der Hemisphäre über der Targetoberfläche ist.It is exploited that when hitting high-energy electrons on the target in the focal spot only a portion of the electrons is slightly reflected, but a significantly larger number of low-energy secondary electrons are emitted in the focal spot. These are emitted in the focal spot in all spatial directions in the hemisphere above the target surface. It has been found that the total amount of charge emitted from the target into the hemisphere above the target surface is approximately 50% of the charge applied to the target by the primary electrons. However, only a fraction of this is collected by the charge collecting element, since the detection space angle of the charge collecting element is smaller, generally much smaller than the solid angle of the hemisphere over the target surface.
Vorzugsweise ist bei einer Ausführungsform das mindestens eine Ladungssammelelement so beabstandet von dem Target angeordnet, dass der Erfassungsraumwinkel, welcher durch die freien Sichtlinien aufgespannt ist, die vom Brennfleck zu einer Position auf dem mindestens einen Ladungssammelelement verlaufen und entlang derer eine geradlinige Ausbreitung der am Brennfleck emittierten Sekundärelektronen zu einer Position auf dem mindestens einen Ladungssammelelement möglich ist, von der Brennfleckposition entlang einer ausgezeichneten oder vorbestimmten Richtung auf der Targetoberfläche abhängig ist. Hierdurch wird erreicht, dass nicht nur ein Verlagern der Brennfleckposition aus ihrer ursprünglichen Position erfassbar ist, sondern auch eine qualitative und gegebenenfalls quantifizierte Aussage entlang zumindest einer ausgezeichneten Richtung möglich wird. Hierdurch wird dann auch die Möglichkeit eröffnet, entlang dieser ausgezeichneten Richtung über elektronenoptische Elemente, die auf die Primärelektronen wirken, die Brennfleckposition aktiv in die ursprüngliche Brennfleckposition zurückzuführen.Preferably, in one embodiment, the at least one charge collection element is spaced from the target such that the detection space angle subtended by the free lines of sight extending from the focal spot to a position on the at least one charge collection element and along which they emit a rectilinear propagation at the focal spot Secondary electrons is possible to a position on the at least one charge collecting element, is dependent on the focal spot position along an excellent or predetermined direction on the target surface. This ensures that not only a displacement of the focal spot position can be detected from its original position, but also a qualitative and possibly quantified statement along at least one excellent direction is possible. This also opens up the possibility of actively returning the focal spot position to the original focal spot position along this excellent direction via electron-optical elements acting on the primary electrons.
Bei solchen Ausführungsformen, bei denen die Positionsabweichung zumindest entlang einer ausgezeichneten Raumrichtung quantifiziert werden kann, kann die ausgegebene Positionsinformation beispielsweise die ermittelte Richtung der Positionsveränderung oder gegebenenfalls die Positionsabweichung oder Null angeben. Hierbei kann die Positionsabweichung relativ zu einer zuvor erfassten Brennfleckposition angegeben werden und entsprechend eine Null als Positionsinformation ausgegeben werden, wenn keine relative Änderung der Brennfleckposition aufgetreten ist. Alternativ kann auch eine Abweichung von der Sollbrennfleckposition als Positionsabweichung angegeben werden, wobei die Null dann ausgegeben wird, wenn die aktuelle Brennfleckposition mit der Sollbrennfleckposition übereinstimmt. Andere Ausführungsformen geben nur die Richtung der Abweichung an, wenn diese eine Toleranzschwelle überschritten hat.For example, in those embodiments in which the positional deviation can be quantified at least along an excellent spatial direction, the output position information may indicate, for example, the determined direction of the positional change or, optionally, the positional deviation or zero. Here, the positional deviation relative to a previously detected focal spot position may be indicated, and a zero correspondingly outputted as positional information, if no relative change in the focal spot position has occurred. Alternatively, a deviation from the target focal spot position may also be indicated as a positional deviation, the zero being output when the current focal spot position coincides with the target focal spot position. Other embodiments only indicate the direction of the deviation when it has exceeded a tolerance threshold.
Bei einer besonders bevorzugten Vorrichtung ist vorgesehen, dass eine Nachweisfläche gebildet ist, welche eine proximale Begrenzungskante und eine distale Begrenzungskante aufweist, wobei die proximale Begrenzungskante und distale Begrenzungskante jeweils parallel zueinander und zu der Targetoberfläche orientiert sind und durch Blendenkanten und/oder Kanten anderer Elemente der Röntgenröhre und/oder Kanten des mindestens einen Ladungssammelelements ausgebildet sind und den Erfassungsraumwinkel der freien Sichtlinien vom Brennfleck an der Sollbrennfleckposition zu dem mindestens einen Ladungssammelelement begrenzen, wobei die proximale Begrenzungskante einen geringeren Abstand zur Targetoberfläche als die distale Begrenzungskante aufweist, wobei die proximale Begrenzungskante und die distale Begrenzungskante senkrecht zu der ausgezeichneten Richtung auf der Targetoberfläche orientiert sind. Die Nachweisfläche ist durch die proximale Begrenzungskante und durch die distale Begrenzungskante senkrecht zu ausgezeichneten Richtung so eingegrenzt, dass ein Öffnungswinkelbereich der freien Sichtlinien in Ebenen senkrecht zur der proximalen Begrenzungskante und der distalen Begrenzungskante begrenzt ist, sodass eine Positionsänderung des Brennflecks entlang der ausgezeichneten Richtung auf der Targetoberfläche, welche senkrecht zu den Begrenzungskanten orientiert ist, gut erfassbar ist. Senkrecht zur ausgezeichneten Richtung wird der Erfassungsraumwinkel somit durch zwei zueinander und zu der Targetoberfläche im Brennfleck parallele Kanten eingeschränkt. Dadurch, dass die Begrenzungskanten, d. h. die proximale Begrenzungskante und die distale Begrenzungskante, unterschiedliche Abstände zur Targetoberfläche aufweisen, ist die Nachweisfläche nicht parallel zur Targetoberfläche im Brennfleck orientiert, sondern gegenüber der Targetoberfläche angewinkelt.In a particularly preferred device it is provided that a detection surface is formed, which has a proximal boundary edge and a distal boundary edge, wherein the proximal boundary edge and the distal boundary edge are oriented parallel to each other and to the target surface and by aperture edges and / or edges of other elements X-ray tube and / or edges of the at least one charge collecting element and limit the detection space angle of the free line of sight from the focal spot at the target focal spot position to the at least one charge collecting element, wherein the proximal boundary edge has a smaller distance from the target surface than the distal boundary edge, wherein the proximal boundary edge and distal boundary edge oriented perpendicular to the excellent direction on the target surface. The detection surface is narrowed by the proximal boundary edge and the distal boundary edge perpendicular to the excellent direction such that an opening angle range of the free line of sight is limited in planes perpendicular to the proximal boundary edge and the distal boundary edge, so that positional change of the focal spot along the designated direction on the boundary Target surface, which is oriented perpendicular to the boundary edges, is well detected. Perpendicular to the excellent direction, the detection space angle is thus restricted by two edges parallel to each other and to the target surface in the focal spot. Due to the fact that the boundary edges, ie the proximal boundary edge and the distal boundary edge, have different distances to the target surface, the detection area is not oriented parallel to the target surface in the focal spot, but angled relative to the target surface.
Die proximale Begrenzungskante und somit auch die distale Begrenzungskante sind in der Regel gradlinig ausgebildet.The proximal boundary edge and thus also the distal boundary edge are generally rectilinear.
Alle freien Sichtlinien von Sekundärelektronen, die auf dem Ladungssammelelement nachgewiesen werden, verlaufen durch die Nachweisfläche oder enden auf der Nachweisfläche, wenn eine Fläche des Ladungssammelelements mit der Nachweisfläche zusammenfällt. Die Nachweisfläche ist somit immer zwischen Ladungssammelelement und Targetoberfläche ausgebildet oder fällt mit dem Ladungssammelelement zusammen. Die Ausbildung ist somit von einer Anordnung des Ladungssammelelements über der Targetoberfläche und gegebenenfalls von zwischen dem Ladungssammelelement und der Targetoberfläche angeordneten Blendenkanten oder Kanten anderer Objekte zwischen Ladungssammelelement und Targetoberfläche abhängig. Die Orientierung der eben ausgebildeten Nachweisfläche im Raum und somit relativ zur Targetoberfläche ist durch die proximale Begrenzungskante und die hiervon beabstandete und parallel orientierte distale Begrenzungskante festgelegt. Diese begrenzen die Nachweisfläche auch senkrecht zu der ausgezeichneten (vorbestimmten) Richtung..Any clear line of sight of secondary electrons detected on the charge collection element will pass through the detection surface or end on the detection surface if an area of the charge collection element coincides with the detection surface. The detection surface is thus always formed between the charge collecting element and the target surface or coincides with the charge collecting element. The design is thus dependent on an arrangement of the charge collecting element above the target surface and, if appropriate, on the diaphragm edges or edges of other objects arranged between the charge collecting element and the target surface between the charge collecting element and the target surface. The orientation of the newly formed detection surface in space and thus relative to the target surface is determined by the proximal boundary edge and the spaced apart and parallel oriented distal boundary edge. These also limit the detection area perpendicular to the excellent (predetermined) direction.
Bei einigen Ausführungsformen ist daher vorgesehen, dass das Positionssignal eine Positionsabweichung der Brennfleckposition in einer Richtung der Targetoberfläche angibt, die senkrecht zu den Begrenzungskanten der Nachweisfläche orientiert ist.In some embodiments, it is therefore provided that the position signal indicates a positional deviation of the focal spot position in a direction of the target surface that is oriented perpendicular to the boundary edges of the detection surface.
Besonders große Änderungen der erfassten Ladung pro Zeitintervall ergeben sich, wenn die Nachweisfläche mit einer Sichtlinie von einer Sollbrennfleckposition des Brennflecks zur proximalen Begrenzungskante einen stumpfen Winkel einschließt, wobei die Sichtlinie senkrecht zur proximalen Begrenzungskante orientiert ist.Particularly large changes in the detected charge per time interval arise when the detection surface includes an obtuse angle with a line of sight from a desired focal spot position of the focal spot to the proximal boundary edge, the line of sight being oriented perpendicular to the proximal boundary edge.
Je flacher der Winkel zwischen der Sichtlinie auf die proximale Begrenzungskante und der Nachweisfläche ist, desto kleiner wird der Erfassungsraumwinkel, der von freien Sichtlinien der Sekundärelektronen zwischen dem Brennfleck und dem Ladungssammelelement aufgespannt wird. Die für die Sekundärelektronen sichtbare Fläche des Ladungssammelelements wird somit geringer, je flacher der Winkel zwischen der Sichtlinie auf die proximale Begrenzungskante und der Nachweisfläche wird. Umgekehrt wird der Erfassungsraumwinkel größer, je steiler der Winkel zwischen der Sichtlinie auf die proximale Begrenzungskante und der Nachweisfläche wird. Eine Bewegung entlang der ausgezeichneten Richtung (welche auch als vorbestimmte Richtung bezeichnet wird) auf dem Target führt somit zu einer Verringerung des Erfassungsraumwinkels und somit zu einer geringeren Ladungsmenge, die auf dem Ladungssammelelement pro Zeitintervall gesammelt wird, und eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu einer Erhöhung der Ladungsmenge, die auf dem Ladungssammelelement pro Zeitintervall gesammelt wird.The flatter the angle between the line of sight to the proximal boundary edge and the detection surface, the smaller the detection space angle, which is spanned by free lines of sight of the secondary electrons between the focal spot and the charge collecting element. The surface of the charge collecting element visible to the secondary electrons thus becomes smaller, the flatter the angle between the line of sight to the proximal boundary edge and the detection surface becomes. Conversely, the steeper the angle between the line of sight to the proximal boundary edge and the detection surface becomes larger the detection space angle. Movement along the excellent direction (which is also referred to as a predetermined direction) on the target thus results in a reduction of the detection space angle and thus a smaller amount of charge collected on the charge collection element per time interval and a movement in the opposite direction to one Increasing the amount of charge collected on the charge collector per time interval.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nachweisfläche mit einer Oberflächennormale der Targetoberfläche einen Winkel
Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Ladungssammelelement senkrecht über der Sollbrennfleckposition angeordnet. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Oberflächennormale in der Sollbrennfleckposition das Ladungssammelelement schneidet und die Oberflächennormale eine freie Sichtlinie darstellt. Hier ist zum einen insbesondere genügend Bauraum in einer Röntgenröhre vorhanden als auch eine effiziente Erfassung unter günstigen Winkeln für eine gut aufgelöste Positionserfassung möglich.Particularly preferably, the at least one charge collecting element is arranged vertically above the desired focal spot position. This is equivalent to having the surface normal in the desired focal spot position intersect the charge collection element and the surface normal represents a clear line of sight. Here, on the one hand, in particular, there is sufficient space available in an X-ray tube as well as an efficient detection at favorable angles for a well-resolved position detection possible.
Es ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei der das mindestens eine Ladungssammelelement nicht senkrecht über der Sollbrennfleckposition angeordnet und ausgebildet ist und keine freie Sichtlinie entlang der Oberflächennormale der Targetoberfläche in der Sollbrennfleckposition existiert.However, an embodiment is also possible in which the at least one charge collecting element is not disposed and formed perpendicular to the target focal spot position and there is no free line of sight along the surface normal of the target surface in the target focal spot position.
Vorzugsweise ist das Ladungssammelelement elektrisch leitend ausgebildet. Vorzugsweise ist das Ladungssammelelement als Metallschicht oder Metallblech ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, eine große Ladungsmenge auf dem Ladungssammelelement zu sammeln.Preferably, the charge collecting element is electrically conductive. Preferably, the charge collecting element is formed as a metal layer or sheet metal. This makes it possible to collect a large amount of charge on the charge collecting element.
Bevorzugt ist das mindestens eine Ladungssammelelement als elektrisch leitfähige Platte ausgebildet. Bei diesen Ausführungsformen können sowohl die proximale Begrenzungskante als auch die distale Begrenzungskante durch Kanten der leitfähigen Platte ausgebildet sein. Ebenso ist es jedoch möglich, dass die proximale Begrenzungskante oder die distale Begrenzungskante oder auch beide Begrenzungskanten, d. h. die proximale Begrenzungskante und die distale Begrenzungskante, durch elektrisch leitfähige Blendenkanten oder Kanten anderer Elemente der Röntgenröhre ausgebildet sind.Preferably, the at least one charge collecting element is designed as an electrically conductive plate. In these embodiments, both the proximal boundary edge and the distal boundary edge may be formed by edges of the conductive plate. However, it is also possible that the proximal boundary edge or the distal boundary edge or both boundary edges, ie, the proximal boundary edge and the distal boundary edge, by electrical conductive diaphragm edges or edges of other elements of the x-ray tube are formed.
Wird als das Ladungssammelelement eine Platte verwendet, so kann die Nachweisfläche auf mindestens einem Teil der Platte vorgesehen sein, wenn das Ladungssammelelement zugleich die proximale Begrenzungskante und die distale Begrenzungskante aufweist. Eine solche Ausführungsform stellt somit eine einfache Ausführungsform der Vorrichtung dar. Ein Abstand zu dem Target muss so groß sein, dass ein signifikantes Aufheizen des Ladungssammelelements aufgrund einer vom Brennfleck auf der Targetoberfläche emittierten Wärmestrahlung vermieden wird.When a plate is used as the charge collecting element, the detection area may be provided on at least a part of the plate when the charge collecting element has both the proximal boundary edge and the distal boundary edge. Such an embodiment thus represents a simple embodiment of the device. A distance to the target must be so great that a significant heating of the charge collecting element due to heat radiation emitted by the focal spot on the target surface is avoided.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Nachweisfläche nicht körperlich ausgebildet ist und die proximale Begrenzungskante eine Kante einer Blende oder eines anderen Elements eines Röntgenröhrenmesskopfes der Röntgenröhre ist. Eine solche Ausführungsform kann vorteilhaft sein, um Wärmestrahlung, die vom Brennfleck an der Targetoberfläche emittiert wird, von dem Ladungssammelelement abzuschirmen und den Abstand zwischen dem Brennfleck und dem Ladungssammelelement vergrößern zu können.In another embodiment, it is provided that the detection surface is not physically formed and the proximal boundary edge is an edge of a diaphragm or another element of an X-ray tube measuring head of the X-ray tube. Such an embodiment may be advantageous for shielding heat radiation emitted from the focal spot at the target surface from the charge collecting element and for increasing the distance between the focal spot and the charge collecting element.
Um einen möglichst geringen Störeinfluss gegenüber Bewegungen senkrecht zur ausgezeichneten Richtung auf der Targetoberfläche zu erreichen, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das mindestens eine Ladungssammelelement parallel zu der Richtung der proximalen und der distalen Begrenzungskante eine größere Ausdehnung aufweist als die senkrecht zur Targetoberfläche auf die Targetoberfläche projizierten Projektionen der proximalen Begrenzungskante und der distalen Begrenzungskante voneinander entfernt sind. Bewegungen quer zur ausgezeichneten Richtung beeinflussen somit die Winkel entlang dieser Querrichtung, unter denen das Ladungssammelelement von den erzeugten Sekundärelektronen gesehen wird, gar nicht oder nur minimal und zumindest deutlich geringer als eine Positionsänderung parallel zu der ausgezeichneten Richtung.In order to achieve the least possible interference with movements perpendicular to the excellent direction on the target surface, in one embodiment it is provided that the at least one charge collecting element has a greater extent parallel to the direction of the proximal and distal boundary edges than perpendicular to the target surface on the target surface Projected projections of the proximal boundary edge and the distal boundary edge are away from each other. Movements transverse to the direction of excellence thus influence the angles along this transverse direction, under which the charge collecting element is seen by the generated secondary electrons, not at all or only minimally and at least significantly less than a change in position parallel to the excellent direction.
Vorteilhaft sind somit Ausführungsformen, bei denen die Nachweisfläche und das Ladungssammelelement parallel zu den Begrenzungskanten der Nachweisfläche eine größere Ausdehnung aufweisen, als die senkrecht zur Targetoberfläche erzeugten Projektionen der Begrenzungskanten auf die Targetoberfläche voneinander entfernt sind.Embodiments in which the detection surface and the charge collecting element have a greater extent parallel to the boundary edges of the detection surface than the projections of the boundary edges generated perpendicular to the target surface on the target surface are therefore advantageous.
Um die auf dem mindestens einen Ladungssammelelement gesammelte Ladung zu ermitteln, ist bei einer Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen, dass das mindestens eine Ladungssammelelement mit der Messeinrichtung über einen Kondensator verbunden ist, und die Messeinrichtung ausgebildet ist, über dem Kondensator ein Potential aufrechtzuerhalten, und die Ladungsmenge, welche die Messeinrichtung in den Kondensator zur Kompensation der durch auftreffende Sekundärelektronen verursachten Ladungsänderung einspeisen muss, als Messsignal zur Messung der Ladungsänderung pro Zeitintervall verwendet wird.In order to determine the charge accumulated on the at least one charge collecting element, in one embodiment of the device it is provided that the at least one charge collecting element is connected to the measuring device via a capacitor, and the measuring device is designed to maintain a potential across the capacitor, and the charge quantity , which must feed the measuring device into the capacitor to compensate for the charge change caused by incident secondary electrons, is used as a measurement signal for measuring the change in charge per time interval.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die über einem Widerstand abfallende Spannung beim Entladen des mindestens einen Ladungssammelelement als Messsignal verwendet.In an alternative embodiment, the voltage drop across a resistor during discharge of the at least one charge collecting element is used as the measurement signal.
Bei wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der durch die auftreffenden Ladungen verursachte Strom als Messsignal für die gesammelte Ladung gemessen wird.In yet another embodiment of the invention, it is provided that the current caused by the impinging charges is measured as a measured signal for the collected charge.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass auch bei geringen Ladungsmengen, die gesammelt werden, eine zuverlässige Ermittlung möglich ist.All embodiments have in common that a reliable determination is possible even with small amounts of charge that are collected.
Eine hohe Dynamik bei der Ladungs- bzw. Strommessung ermöglicht eine Messung kleiner Änderungen auf einem hohen Grundsignal und somit eine hohe Positionsauflösung der Brennfleckposition. Bevorzugt wird eine Auflösung zwischen dem minimalen erfassten Strom bzw. der minimalen erfassten Ladung und einem maximalen erfassten Strom bzw. einer maximalen erfassten Ladung, die mindestens 210 also 1024 Digitalisierungsschritte umfasst.High dynamics in the charge or current measurement enables a measurement of small changes on a high fundamental signal and thus a high position resolution of the focal spot position. A resolution between the minimum detected current or the minimum detected charge and a maximum detected current or a maximum detected charge, which comprises at least 210, ie 1024 digitization steps, is preferred.
Eine besonders kompakte Bauform erhält man, wenn das Ladungssammelelement als Abschlusselement oder Teil eines Abschlusselements einer Ausnehmung in einem Röntgenröhrenmesskopf ausgebildet ist. Bei einer solchen Bauform wird der Röntgenröhrenmesskopf vorzugsweise aus einem massiven metallischen Block gefertigt, in den zwei Ausnehmungen eingearbeitet sind, beispielsweise zwei Bohrungen, deren Erstreckungsrichtungen oder Bohrungsachsen sich unter einem flachen Winkel schneiden und treffen. An diesem Schnittpunkt ist das Target angeordnet. Die eine der zwei Ausnehmungen (Bohrungen) dient zum Einstrahlen der Primärelektronen, die andere der zwei Ausnehmungen dient als Austrittskanal für die erzeugte Röntgenstrahlung und ist mit einem für Röntgenstrahlung möglichst transparenten Austrittsfenster abgeschlossen.A particularly compact design is obtained when the charge collecting element is designed as a closing element or part of a closing element of a recess in an X-ray tube measuring head. In such a design, the X-ray tube measuring head is preferably made of a solid metallic block, in which two recesses are incorporated, for example, two holes whose directions of extension or bore axes intersect and meet at a shallow angle. At this point of intersection the target is arranged. One of the two recesses (holes) is used to irradiate the primary electrons, the other of the two recesses serves as an exit channel for the generated X-rays and is completed with a possible X-ray transparent exit window.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in einen solchen Röntgenröhrenmesskopf eine dritte Ausnehmung, erneut beispielsweise in Form einer Bohrung in den Metallblock eingebracht, welche vorzugsweise senkrecht zur Targetoberfläche orientiert ist und sich bis zu der Targetoberfläche, vorzugsweise bis zu der Sollbrennfleckposition auf der Targetoberfläche erstreckt. Das mindestens eine Ladungssammelelement kann somit in dieser dritten Ausnehmung angeordnet werden.In a particularly preferred embodiment, in such an X-ray tube measuring head, a third recess, again introduced for example in the form of a hole in the metal block, which is preferably oriented perpendicular to the target surface and up to the target surface, preferably up to the Target fuel spot position extends on the target surface. The at least one charge collecting element can thus be arranged in this third recess.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Ladungssammelelement als Abschlusselement oder Bestandteil des Abschlusselements dieser dritten Ausnehmung des Röntgenröhrenmesskopfs ausgebildet. Gegebenenfalls ist zusätzlich an der Außenseite des Röntgenröhrenmesskopfs eine Schutzvorrichtung als Berührschutz notwendig.In a particularly preferred embodiment, the charge collecting element is designed as a closing element or part of the closing element of this third recess of the X-ray tube measuring head. Optionally, in addition to the outside of the X-ray tube measuring head a protective device as Berührschutz necessary.
Um Änderungen der von dem mindestens einen Ladungssammelelement erfassten Ladungen pro Zeitintervall, die nicht von Änderungen der Brennfleckposition herrühren, sondern auf Änderungen der Sekundärelektronenemission als Ganzes an dem Target zurückzuführen sind, berücksichtigen zu können, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, ein Normierungssignal zu erfassen, welches mit einer Gesamtanzahl erzeugter Sekundärelektronen korreliert ist, und das Normierungssignal bei der Ermittlung einer Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung zu berücksichtigen. Hierdurch kann eine sehr zuverlässige Positionsbestimmung und Kontrolle der Brennfleckposition auch in solchen Betriebszuständen ausgeführt werden, bei denen beispielsweise der Primärelektronenstrom nicht konstant ist oder eine Änderung der Brennfleckgröße aufgrund einer Änderung der Fokussierung des Primärelektronenstrahls auftritt. Hierbei ändern sich die Leistungsdichte und damit die Temperatur des Targets, was wiederum die Emission von Sekundärelektronen beeinflusst.In order to be able to take into account changes in the charges detected by the at least one charge collecting element per time interval, which are not due to changes in the focal spot position but are attributable to changes in the secondary electron emission as a whole at the target, it is provided in one embodiment that the evaluation device is formed, to detect a normalization signal that is correlated with a total number of generated secondary electrons, and to consider the normalization signal in determining a change in the charge detected per time interval. In this way, a very reliable position determination and control of the focal spot position can also be carried out in those operating states in which, for example, the primary electron current is not constant or a change in the focal spot size occurs due to a change in the focusing of the primary electron beam. Here, the power density and thus the temperature of the target change, which in turn affects the emission of secondary electrons.
Um auch Änderungen der Brennfleckposition in einer anderen Richtung auf der Targetoberfläche, welche quer, vorzugsweise senkrecht, zu dieser ausgezeichneten Richtung orientiert ist, erfassen zu können, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass mindestens ein weiteres Ladungssammelelement über der Targetoberfläche elektrisch isoliert in der Röntgenröhre angeordnet ist und eine weitere Nachweisfläche gebildet ist, welche eine weitere proximale Begrenzungskante und eine weitere distale Begrenzungskante aufweist, die senkrecht zu einer weiteren ausgezeichneten Richtung orientiert sind, wobei die weitere proximale Begrenzungskante und die weitere distale Begrenzungskante jeweils parallel zueinander und zu der Targetoberfläche orientiert sind und durch weitere Blendenkanten oder weitere Kanten anderer Elemente der Röntgenröhre oder Kanten des mindestens einen weiteren Ladungssammelelements ausgebildet sind und einen weiteren Erfassungsraumwinkel von weiteren freien Sichtlinien vom Brennfleck an der Sollbrennfleckposition zu dem mindestens einen weiteren Ladungssammelelement begrenzen, wobei die weitere proximale Begrenzungskante einen geringeren Abstand zur Targetoberfläche als die weitere distale Begrenzungskante aufweist, wobei das weitere Ladungssammelelement mit der Messeinrichtung oder einer weiteren Messeinrichtung zum Messen der pro Zeitintervall auf dem weiteren Ladungssammelelement gesammelten Ladung von Sekundärelektronen verbunden ist und die mit der Messeinrichtung oder der weiteren Messeinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung geeignet ist, eine Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung auf dem weiteren Ladungssammelelement in eine Positionsänderung des Brennflecks entlang der weiteren ausgezeichneten Richtung auf der Targetoberfläche umzuwandeln und ein weiteres Positionssignal bereitzustellen, wobei die weitere ausgezeichnete Richtung quer zu der ausgezeichneten Richtung orientiert ist.In order to also be able to detect changes in the focal spot position in another direction on the target surface, which is oriented transversely, preferably perpendicular, to this excellent direction, it is provided in one embodiment that at least one further charge collecting element is arranged above the target surface in an electrically insulated manner in the x-ray tube and a further detection surface is formed, which has a further proximal boundary edge and a further distal boundary edge, which are oriented perpendicular to a further excellent direction, wherein the further proximal boundary edge and the further distal boundary edge are oriented parallel to each other and to the target surface and are formed by further diaphragm edges or further edges of other elements of the x-ray tube or edges of the at least one further charge collecting element and a further detection space angle of further free Sichtlini The further proximal boundary edge has a smaller distance from the target surface than the further distal boundary edge, wherein the further charge collecting element with the measuring device or another measuring device for measuring the time interval on the other Charge collecting element accumulated charge of secondary electrons is connected and connected to the measuring device or the other measuring device evaluation is adapted to convert a change in the detected charge per time interval on the further charge collecting element in a position change of the focal spot along the other excellent direction on the target surface and another position signal to provide the further excellent direction oriented transversely to the excellent direction.
Die weiteren Begrenzungskanten sind bei einer solchen Ausführungsform quer, vorzugsweise senkrecht, zu den Begrenzungskanten orientiert.The further boundary edges are oriented transversely, preferably perpendicular, to the boundary edges in such an embodiment.
Um eine Unabhängigkeit der Ladungsermittlungen für das mindesten eine Ladungssammelelement und das mindestens eine weitere Ladungssammelelement zu erhalten, sind das mindestens eine Ladungssammelelement und das mindestens eine weitere Ladungssammelelement vorzugsweise so angeordnet, dass die Menge von freien Sichtlinien von der Sollbrennfleckposition zu dem mindestens einen Ladungssammelelement auch bei Positionsänderung der Brennfleckposition um die Sollbrennfleckposition jeweils disjunkt von der Menge der weiteren freien Sichtlinien von der Sollbrennfleckposition zu dem mindestens einen weiteren Ladungssammelelement ist.In order to obtain an independence of the charge determinations for the at least one charge collecting element and the at least one further charge collecting element, the at least one charge collecting element and the at least one further charge collecting element are preferably arranged such that the amount of free line of sight from the desired focal spot position to the at least one charge collecting element also at Changing the position of the focal spot position by the target focal spot position is disjoint from the amount of further free line of sight from the target focal spot position to the at least one further charge collecting element.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2A eine schematische Darstellung der Geometrie in einer Schnittebene senkrecht zur flächigen Ausdehnung eines Ladungssammelelements einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, bei der eine Nachweisebene durch Kanten des Ladungssammelelements eingegrenzt ist; -
2B eine schematische Darstellung der Geometrie in einer Schnittebene senkrecht zur flächigen Ausdehnung eines Ladungssammelelements einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Nachweisebene durch eine Kante des Ladungssammelelements und eine Blendenkante eingegrenzt ist; -
2C eine schematische Darstellung der Geometrie in einer Schnittebene senkrecht zur flächigen Ausdehnung eines Ladungssammelelements einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Nachweisebene durch zwei Blendenkante eingegrenzt ist; -
3 einen Grafen, welcher einen funktionellen Zusammenhang eines Versatz-Signal-Verhältnis, im Folgenden auch als OSR - Offset Signal Ratio bezeichnet, von einem Scheitelwinkelα zwischen einer Oberflächennormale der Targetoberfläche und einer Nachweisfläche angibt; -
4 eine grafische Darstellung eines funktionalen Zusammenhangs des Versatz-Signal-Verhältnisses, OSR, von einer Bewegung der Brennfleckposition für unterschiedliche Brennfleckdurchmesser; -
5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit einem Röntgenröhrenmesskopf, bei dem das Ladungssammelelement als Abschlusselement einer Funktionsöffnung ausgebildet ist; und -
6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform der Erfindung, bei der das Ladungssammelelement als Bestandteil des Röntgenfensters ausgebildet ist.
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1 a schematic representation of a first embodiment of the device according to the invention; -
2A a schematic representation of the geometry in a sectional plane perpendicular to the planar extension of a charge collecting element of a device according to the first embodiment, in which a detection plane is bounded by edges of the charge collecting element; -
2 B a schematic representation of the geometry in a sectional plane perpendicular to the planar extension of a charge collecting element of a device according to a second embodiment of the invention, in which the detection plane is bounded by an edge of the charge collecting element and a diaphragm edge; -
2C a schematic representation of the geometry in a sectional plane perpendicular to the planar extension of a charge collecting element of a device according to a third embodiment of the invention, in which the detection plane is limited by two diaphragm edge; -
3 a graph, which has a functional relationship of an offset signal ratio, hereinafter also referred to as OSR - offset signal ratio, from a vertex angleα between a surface normal of the target surface and a detection surface; -
4 a graphical representation of a functional relationship of the offset signal ratio, OSR, of a movement of the focal spot position for different focal spot diameter; -
5 a schematic representation of a fourth embodiment of the invention with an x-ray tube measuring head, in which the charge collecting element is designed as a closing element of a functional opening; and -
6 a schematic representation of a fifth embodiment of the invention, in which the charge collecting element is formed as part of the X-ray window.
In
Ein Teil der auf das Target
Um anhand der emittierten Sekundärelektronen die Brennfleckposition
Um eine möglichst große Änderung des Erfassungsraumwinkels
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Ladungssammelelement
Die proximale Kante
Nur jene Sekundärelektronen, die auf gerader Linie von dem Brennfleck
Ändert sich die Brennfleckposition
Ändert sich die Brennfleckposition
Aus dieser anderen veränderten Brennfleckposition
Parallel zu der ausgezeichneten Richtung
Es wird an dieser Stelle angemerkt, dass der Erfassungsraumwinkel
Es zeigt sich, dass nicht die tatsächliche Orientierung einer die Ladung sammelnden Oberfläche, d. h. des Ladungssammelelements
In
Eine Änderung der Brennfleckposition senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. parallel zu den Begrenzungskanten
In
In
In
Es wird an dieser Stelle noch einmal angemerkt, dass eine Änderung des Erfassungsraumwinkels
Bei den dargestellten Ausführungsformen der
Die Sichtlinie
Ein sinnvoller minimaler Scheitelwinkel
In
Betrachtet werden Abweichungen, bei denen ΔL>0 ist. Für ΔL → 0 gilt OSR →0, d. h. für minimale, durch Brennfleckpositionsänderungen verursachte Abweichungen der erfassten Ladungsmenge pro Zeit ΔL strebt das Signal-Signaländerungs-Verhältnis OSR gegen Null.Deviations are considered where ΔL> 0. For ΔL → 0, OSR → 0, d. H. for minimum deviations of the detected amount of charge per time ΔL caused by focal position changes, the signal-to-signal ratio OSR tends to zero.
Es sollen möglichst kleine Änderungen eines großen Signals erfasst werden. Je kleiner das Versatz-Signal-Verhältnis OSR ist, desto genauer können Abweichungen der Brennfleckposition erfasst werden.It should be detected as small changes of a large signal. The smaller the offset signal ratio OSR is, the more accurately deviations of the focal spot position can be detected.
Auf der Abszisse sind die verschiedenen Scheitelwinkel
In
Eine Messung der Ladung, die auf dem Ladungssammelelement
Die Ladungsmessung kann mittels der Messeinrichtung
Um auch Schwankungen bei der Sekundärelektronen-Emission berücksichtigen zu können, die nicht durch eine Änderung der Brennfleckposition verursacht sind, weist die Auswerteeinrichtung
In
Senkrecht oder nahezu senkrecht über der Targetoberfläche
Bei einer weiteren Ausführungsform, die in
Neben der Messung und Kontrolle der Brennfleckposition
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass insbesondere Bewegungen des Brennflecks in Vergrößerungsrichtung, d.h. jener Richtung, entlang derer Bewegungen auf der Targetoberfläche eine Veränderung der Vergrößerung bei einer CT-Aufnahme bewirken, überwacht und gegebenenfalls korrigiert werden können. Als ausgezeichnete Richtung wird dann diese Vergrößerungsrichtung gewählt.The invention is characterized in that in particular movements of the focal spot in the direction of enlargement, i. the direction along which movements on the target surface cause a change in magnification in a CT scan, and if necessary corrected. As an excellent direction, this enlargement direction is selected.
Bewegungen des Brennflecks in einer Richtung senkrecht zu der Vergrößerungsrichtung führen zu einem „Verwaschen“ der CT-Aufnahme, die sich auf alle abgebildeten Kanten eines Prüfobjekts gleich auswirkt und somit einen Verlust an Auflösung bewirkt. Diese kann zusätzlich verbessert werden, wenn über ein zweites Ladungssammelelement die Verlagerung des Brennflecks auf dem Target quer zur Vergrößerungsrichtung überwacht wird.Movements of the focal spot in a direction perpendicular to the direction of enlargement lead to "blurring" of the CT image, which has the same effect on all imaged edges of a test object and thus causes a loss of resolution. This can be additionally improved if the displacement of the focal spot on the target transversely to the enlargement direction is monitored via a second charge collecting element.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 1010
- RöntgenröhreX-ray tube
- 1111
- RöntgenröhrenmesskopfX-ray tube probe
- 1212
- Metallblockmetal block
- 1313
- erste Ausnehmungfirst recess
- 1414
- zweite Ausnehmungsecond recess
- 1515
- RöntgenfensterX window
- 1616
- weitere Ausnehmunganother recess
- 1818
- FunktionsausnehmungFunktionsausnehmung
- 1919
- Außenflächeouter surface
- 2020
- Primärelektronenstrahlprimary electron beam
- 2121
- Auftreffortimpingement
- 2525
- Achseaxis
- 2626
- Abschlussgraduation
- 3030
- Targettarget
- 3131
- Targetoberflächetarget surface
- 3535
- Oberflächennormalesurface normal
- 4040
- RöntgenstrahlungX-rays
- 4545
- PrüfobjektUUT
- 5050
- Brennfleckfocal spot
- 5151
- BrennfleckdurchmesserFocal spot diameter
- 5252
- BrennfleckpositionFocal spot position
- 52'52 '
- veränderte Brennfleckpositionchanged focal spot position
- 52"52 "
- andere veränderte Brennfleckpositionother changed focal spot position
- 5555
- SollbrennfleckpositionTarget focal spot position
- 6060
- LadungssammelelementCharge collecting element
- 6161
- Platteplate
- 6262
- proximale Kanteproximal edge
- 6363
- distale Kantedistal edge
- 6464
- äußere Kanteouter edge
- 6565
- Begrenzungskantenboundary edges
- 6666
- proximale Begrenzungskanteproximal boundary edge
- 6767
- distale Begrenzungskantedistal boundary edge
- 7272
- Abstanddistance
- 8080
- ausgezeichnete Richtungexcellent direction
- 9090
- Nachweisflächedetection area
- 101, 102101, 102
- freie Sichtlinienfree sightlines
- 101', 102'101 ', 102'
- (veränderte) freie Sichtlinien(changed) free sightlines
- 101", 102"101 ", 102"
- (andere veränderte) freie Sichtlinien(other changed) free line of sight
- 110110
- Blendecover
- 112112
- Kanteedge
- 120120
- Blendecover
- 122122
- Kanteedge
- 151151
- Graf (1mm)Count (1mm)
- 152152
- Graf (100 µm)Graf (100 μm)
- 153153
- Graf (10 µm)Graf (10 μm)
- 165165
- Projektionenprojections
- 166166
- Projektionen der proximalen BegrenzungskanteProjections of the proximal boundary edge
- 167167
- Projektion der distalen BegrenzungskanteProjection of the distal boundary edge
- 168168
- Abstanddistance
- 200200
- Grafearl
- 260260
- Kondensatorcapacitor
- 270270
- Messeinrichtungmeasuring device
- 280280
- Auswerteeinrichtungevaluation
- 281281
- Signaleingangsignal input
- 290290
- Positionssignalposition signal
- 300300
- Steuereinrichtungcontrol device
- 310310
- elektronenoptische EinrichtungElectron-optical device
- 315315
- Normierungssignalnormalization signal
- 320320
- StrommesseinrichtungCurrent measurement device
- αα
- Winkel zwischen Nachweisfläche und einer Oberflächennormale der TargetoberflächeAngle between detection surface and a surface normal of the target surface
- ββ
- Winkel zwischen Nachweisfläche, und einer freien Sichtlinie zur proximalen BegrenzungskanteAngle between detection surface, and a free line of sight to the proximal boundary edge
- ΘΘ
- ErfassungsraumwinkelDetection solid angle
- θθ
- von den freien Sichtlinien in einer Ebene aufgespannter Winkelbereichof the free lines of sight in a plane spanned angle range
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018206514.4A DE102018206514A1 (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Method and device for controlling a focal spot position |
GB1905830.4A GB2575898B (en) | 2018-04-26 | 2019-04-26 | Method and apparatus for controlling a focal spot position |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018206514.4A DE102018206514A1 (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Method and device for controlling a focal spot position |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018206514A1 true DE102018206514A1 (en) | 2019-10-31 |
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ID=68205463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018206514.4A Pending DE102018206514A1 (en) | 2018-04-26 | 2018-04-26 | Method and device for controlling a focal spot position |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018206514A1 (en) |
GB (1) | GB2575898B (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2946892A (en) * | 1958-01-22 | 1960-07-26 | Foerderung Forschung Gmbh | Arrangement for controlling and correcting the location of the focal spot produced by a cathode-ray on the target of a roentgen-tube |
US20100020938A1 (en) * | 2006-12-12 | 2010-01-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Device and method for x-ray tube focal spot size and position control |
DE102010009276A1 (en) * | 2010-02-25 | 2011-08-25 | Dürr Dental AG, 74321 | X-ray tube and system for producing X-ray images for dental or orthodontic diagnostics |
US20150117616A1 (en) * | 2012-05-11 | 2015-04-30 | Hamamatsu Photonics K.K. | X-ray generation device and x-ray generation method |
-
2018
- 2018-04-26 DE DE102018206514.4A patent/DE102018206514A1/en active Pending
-
2019
- 2019-04-26 GB GB1905830.4A patent/GB2575898B/en active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB201905830D0 (en) | 2019-06-12 |
GB2575898A (en) | 2020-01-29 |
GB2575898B (en) | 2022-12-14 |
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