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.

Figure DE102018206514A1_0000
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).
Figure DE102018206514A1_0000

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.
In particular, an apparatus for controlling a position of a focal spot on a target in an x-ray tube in a surveillance area about a target focal spot position is proposed, which comprises:
  • 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.
Furthermore, a method is proposed for controlling a focal spot position on a target in an x-ray tube in a monitoring area around a target focal spot position, comprising the steps:
  • 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 α einschließt, der bevorzugt aus dem Winkelbereich zwischen 1° und 10°, bevorzugter aus dem Winkelbereich zwischen 3° und 7° ausgewählt ist. Der Winkel α ist hierbei der Scheitelwinkel zwischen der Oberflächennormale und der Nachweisfläche. Je geringer der Scheitelwinkel α ist, desto empfindlicher ist der Nachweis in Bezug auf Positionsänderung des Brennflecks entlang der ausgezeichneten Richtung.In a preferred embodiment it is provided that the detection surface forms an angle with a surface normal of the target surface α which is preferably selected from the angular range between 1 ° and 10 °, more preferably from the angular range between 3 ° and 7 °. The angle α Here, the apex angle between the surface normal and the detection surface. The smaller the vertex angle α is, the more sensitive is the detection with respect to change in position of the focal spot along the excellent direction.

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:

  • 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 Scheitelwinkel α 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.
The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Hereby show:
  • 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 angle α 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 1 ein Ausschnitt eines Röntgenröhrenmesskopfs 11 einer Röntgenröhre 10 schematisch dargestellt. Ein Primärelektronenstrahl 20 trifft auf ein Target 30. Am Auftreffort 21 der Primärelektronen des Primärelektronenstrahls 20 wird Röntgenstrahlung 40 erzeugt, die beispielsweise für die Vermessung eines Prüfobjekts (nicht dargestellt) in einem Computertomographen verwendet wird. Ein Teil der Energie der Primärelektronen führt zu einer Erwärmung des Targets. Daher wird der Ort der Erzeugung der Röntgenstrahlung 40 Brennfleck 50 genannt. Die Position, an der die Röntgenstrahlungserzeugung stattfindet, wird Brennfleckposition 52 oder auch Quellposition genannt.In 1 a section of an X-ray tube measuring head 11 an x-ray tube 10 shown schematically. A primary electron beam 20 meets a target 30 , At the place of impact 21 the primary electrons of the primary electron beam 20 becomes x-ray radiation 40 generated, for example, for the measurement of a test object (not shown) in a computer tomograph. Part of the energy of the primary electrons leads to a heating of the target. Therefore, the place of generation of the X-ray becomes 40 focal spot 50 called. The position where X-ray generation takes place becomes the focal spot position 52 or also called source position.

Ein Teil der auf das Target 30 auftreffenden Primärelektronen wird an dem Target reflektiert. Zusätzlich werden niederenergetische Sekundärelektronen im Brennfleck 50 in alle Richtungen der Hemisphäre oberhalb der Targetoberfläche 31 emittiert. Diese breiten sich geradlinig aus. Die Winkelverteilung ist von der Energie der energiereichen Primärelektronen abhängig.Part of the target 30 incident primary electrons is reflected at the target. In addition, low-energy secondary electrons in the focal spot 50 in all directions of the hemisphere above the target surface 31 emitted. These spread out in a straight line. The angular distribution depends on the energy of the high-energy primary electrons.

Um anhand der emittierten Sekundärelektronen die Brennfleckposition 52 ermitteln zu können, ist in der Röntgenröhre 10 beabstandet zu dem Target 30 ein Ladungssammelelement 60 angeordnet. Das Ladungssammelelement 60 ist nur unter einem begrenzten Erfassungsraumwinkel Θ für Sekundärelektronen zu „sehen“, die in einer Sollbrennfleckposition 55 emittiert werden. Bei Änderungen der Brennfleckposition 52 auf der Targetoberfläche 31 tritt eine Änderung des Erfassungsraumwinkels Θ ein, unter dem die Sekundärelektronen von der veränderten Brennfleckposition 52' das Ladungssammelelement 60 sehen.To determine the focal spot position based on the emitted secondary electrons 52 to be able to determine is in the x-ray tube 10 spaced apart from the target 30 a charge collection element 60 arranged. The charge collection element 60 is only under a limited detection space angle Θ for secondary electrons that are in a desired focal spot position 55 be emitted. When changing the focal spot position 52 on the target surface 31 occurs a change in the detection space angle Θ below which the secondary electrons from the changed focal spot position 52 ' the charge collecting element 60 see.

Um eine möglichst große Änderung des Erfassungsraumwinkels Θ bei einer Positionsänderung der Brennfleckposition 52 zu erhalten, ist das Ladungssammelelement 60 gegenüber der Targetoberfläche 31 angewinkelt angeordnet.To the largest possible change in the detection space angle Θ at a position change of the focal spot position 52 to get is the charge collection element 60 opposite the target surface 31 angled arranged.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Ladungssammelelement 60 als metallische Platte 61 ausgebildet. Die metallische Platte 61 ist fast senkrecht zur Targetoberfläche 31 orientiert. Das Ladungssammelelement 60 und somit die Platte 61 weisen eine proximale Kante 62 und eine distale Kante 63 auf. Die proximale Kante 62 weist einen geringeren Abstand 72 zur Targetoberfläche 31 als die distale Kante 63 auf, vgl. 2A.In the illustrated embodiment, the charge collection element is 60 as a metallic plate 61 educated. The metallic plate 61 is almost perpendicular to the target surface 31 oriented. The charge collection element 60 and thus the plate 61 have a proximal edge 62 and a distal edge 63 on. The proximal edge 62 has a smaller distance 72 to the target surface 31 as the distal edge 63 on, cf. 2A ,

Die proximale Kante 62 und die distale Kante 63 erstrecken sich jeweils senkrecht zur Zeichnungsebene. Dieses ist auch die zweite Ausdehnungsrichtung der Platte 61 bzw. des Ladungssammelelements 60. Da auch die Targetoberfläche 31 eine Ausdehnung senkrecht zur Zeichnungsebene aufweist, sind die proximale Kante 62 und die distale Kante 63 zueinander sowie zur Targetoberfläche 31 parallel orientiert.The proximal edge 62 and the distal edge 63 each extend perpendicular to the plane of the drawing. This is also the second extension direction of the plate 61 or the charge collecting element 60 , As well as the target surface 31 has an extension perpendicular to the plane of the drawing, are the proximal edge 62 and the distal edge 63 to each other and to the target surface 31 oriented in parallel.

Nur jene Sekundärelektronen, die auf gerader Linie von dem Brennfleck 50 zu dem Ladungssammelelement 60 gelangen können, werden auf dem Ladungssammelelement 60 gesammelt. Eine gerade Linie, entlang derer sich ein Sekundärelektron von seinem Emissionsort im Brennfleck 50 auf dem Target 30 zu einer Position auf dem Ladungssammelelement 60, ohne durch ein Hindernis behindert zu werden, ausbreiten kann, wird als freie Sichtlinie bezeichnet. Für eine Sollbrennfleckposition 55 ist eine freie Sichtlinie 101 eingezeichnet, die von der Sollbrennfleckposition 55 zu der proximalen Kante 62 des Ladungssammelelements 60 verläuft. Zusätzlich ist eine freie Sichtlinie 102 eingezeichnet, die von der Sollbrennfleckposition 55 zu der distalen Kante 63 des Ladungssammelelements 60 verläuft. Dieses sind die beiden freien Sichtlinien 101,102, die in der Zeichenebene den Winkelbereich θ für die Richtungen eingrenzen, aus denen Sekundärelektronen, die an der Sollbrennfleckposition 55 emittiert werden, das Ladungssammelelements 60 erreichen. Daher werden die proximale Kante 62 und die distale Kante 63 auch als Begrenzungskanten 65 bzw. als proximale Begrenzungskante 66 und entsprechend als distale Begrenzungskante 67 bezeichnet. Nur Sichtlinien, deren Winkel relativ zur Targetoberfläche 31 in den Winkelbereich θ fallen, der durch die Sichtlinien 101,102 eingegrenzt ist, führen somit zu dem Ladungssammelelement und stellen freie Sichtlinien für Sekundärelektronen dar. Auf dem Ladungssammelelement 60 wird somit nur ein Teil der Sekundärelektronen gesammelt, die in die Hemisphäre oberhalb der Targetoberfläche 31 emittiert werden. Der Winkelbereich θ ist der Sichtwinkel, unter dem Sekundärelektronen, die an der Sollbrennfleckposition 55 emittiert werden, das Ladungssammelelement 60 sehen.Only those secondary electrons that are in a straight line from the focal spot 50 to the charge collecting element 60 be on the charge collecting element 60 collected. A straight line along which a secondary electron emanates from its emission site in the focal spot 50 on the target 30 to a position on the charge collecting element 60 without being obstructed by an obstacle, is called a free line of sight. For a target fuel spot position 55 is a free line of sight 101 drawn from the target focal spot position 55 to the proximal edge 62 of the charge collecting element 60 runs. In addition, there is a clear line of sight 102 drawn from the target focal spot position 55 to the distal edge 63 of the charge collecting element 60 runs. These are the two free lines of sight 101, 102, which in the drawing plane are the angle range θ for the directions that make up secondary electrons at the target focal spot position 55 are emitted, the charge collecting element 60 to reach. Therefore, the proximal edge 62 and the distal edge 63 also as boundary edges 65 or as a proximal boundary edge 66 and accordingly as the distal boundary edge 67 designated. Just Line of sight, whose angle is relative to the target surface 31 in the angle range θ fall through the line of sight 101 . 102 is limited, thus leading to the charge collecting element and provide free line of sight for secondary electrons. On the charge collecting element 60 Thus, only a portion of the secondary electrons collected in the hemisphere above the target surface 31 be emitted. The angle range θ is the viewing angle, below the secondary electrons, which is at the target focal spot position 55 are emitted, the charge collecting element 60 see.

Ändert sich die Brennfleckposition 52 entlang einer ausgezeichneten Richtung 80 zu einer veränderten Brennfleckposition 52', so ergibt sich auch ein veränderter Winkelbereich θ', der von freien Sichtlinien, 101', 102' aufgespannt wird, die von der veränderten Brennfleckposition 52' zu dem Ladungssammelelement 60, d. h. zu der proximalen Begrenzungskante 66 bzw. der distalen Begrenzungskante 67 verlaufen. Der veränderte Winkelbereich θ', unter dem Sekundärelektronen, die an der veränderten Brennfleckposition 52' emittiert werden, das Ladungssammelelement 60 sehen, ist kleiner als der Winkelbereich θ, unter dem Sekundärelektronen das Ladungssammelelement 60 sehen, die an der Sollbrennfleckposition 55 emittiert werden. Diese Verringerung der Größe des Winkelbereichs θ bei der Veränderung der Brennfleckposition 52 auf der Targetoberfläche 31 entlang der ausgezeichneten Richtung 80, die senkrecht zu der proximalen Begrenzungskante 66 und der distalen Begrenzungskante 67 verläuft, führt auch dazu, dass pro Zeitintervall die Menge der Ladung, die auf dem Ladungssammelelement 60 gesammelt wird, verringert wird. Aus der Verringerung der pro Zeitintervall erfassten Ladung kann somit auf die Veränderung des Winkelbereichs θ und hierüber auf die Positionsänderung der Brennfleckposition zurückgeschlossen werden.The focal spot position changes 52 along an excellent direction 80 to a changed focal spot position 52 ' , so also results in a changed angle range θ ' that of free line of sight, 101 ' . 102 ' spanned by the changed focal spot position 52 ' to the charge collecting element 60 ie to the proximal boundary edge 66 or the distal boundary edge 67 run. The changed angle range θ ' , under the secondary electrons, which at the changed focal spot position 52 ' are emitted, the charge collecting element 60 see, is smaller than the angle range θ , under the secondary electrons, the charge collecting element 60 see that at the target spot position 55 be emitted. This reduction in the size of the angular range θ when changing the focal spot position 52 on the target surface 31 along the excellent direction 80 perpendicular to the proximal boundary edge 66 and the distal boundary edge 67 also results in that per time interval the amount of charge on the charge collecting element 60 is collected is reduced. From the reduction of the charge detected per time interval can thus on the change of the angular range θ and to be deduced therefrom on the change in position of the focal spot position.

Ändert sich die Brennfleckposition 52 hingegen aus der Sollbrennfleckposition 55 entgegengesetzt der ausgezeichneten Richtung 80 in eine andere veränderte Brennfleckposition 52", so vergrößert sich der Winkelbereich θ zu einem geänderten, vergrößerten Winkelbereich θ", der von den freien Sichtlinien 101", 102" zu der proximalen Begrenzungskante 66 und der distalen Begrenzungskante 67 eingegrenzt ist.The focal spot position changes 52 however, from the desired focal spot position 55 opposite the excellent direction 80 into another changed focal spot position 52 " , so the angular range increases θ to a changed, enlarged angle range θ " that of the free line of sight 101 ' . 102 ' to the proximal boundary edge 66 and the distal boundary edge 67 is limited.

Aus dieser anderen veränderten Brennfleckposition 52" werden mehr Sekundärelektronen auf dem Ladungssammelelement 60 gesammelt. Eine Vergrößerung der pro Zeitintervall erfassten Ladung korrespondiert mit dem vergrößerten Winkelbereich θ". Hieraus kann dann ebenfalls eine andere Positionsänderung der Brennfleckposition 52, welche der ausgezeichneten Richtung 80 entgegengesetzt ist, ermittelt werden.From this other changed focal spot position 52 " become more secondary electrons on the charge collecting element 60 collected. An increase in the charge detected per time interval corresponds to the increased angular range θ " , This can then also another change in position of the focal spot position 52 which of the excellent direction 80 is opposite, be determined.

Parallel zu der ausgezeichneten Richtung 80, die senkrecht zu den Begrenzungskanten 65 orientiert ist, kann somit auf dem Target eine Positionsabweichung der Brennfleckposition anhand der gemessenen gesammelten Ladung bestimmt werden.Parallel to the excellent direction 80 perpendicular to the boundary edges 65 Thus, a positional deviation of the focal spot position can be determined on the target based on the measured collected charge.

Es wird an dieser Stelle angemerkt, dass der Erfassungsraumwinkel Θ ein Raumwinkel ist und θ den zugehörigen Winkelbereich in der Zeichnungsebene angibt. In dieser und den folgenden Figuren ist daher aus Gründen der Vereinfachung jeweils nur der Winkelbereich θ bzw. der geänderte Winkelbereich θ' oder geänderte Winkelbereich θ" in der Zeichnungsebene eingezeichnet. Die Änderung dieses Winkelbereichs ist maßgeblich für eine Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung, wenn der Brennfleck seine Position entlang der ausgezeichneten Richtung 80 verlagert.It is noted at this point that the detection space angle Θ a solid angle is and θ indicates the associated angle range in the drawing plane. In this and the following figures, therefore, for reasons of simplicity, only the angular range θ or the changed angle range θ ' or changed angle range θ " drawn in the plane of the drawing. The change in this angular range is determinative of a change in the charge detected per time interval when the focal spot is in its position along the excellent direction 80 relocated.

Es zeigt sich, dass nicht die tatsächliche Orientierung einer die Ladung sammelnden Oberfläche, d. h. des Ladungssammelelements 60, sondern lediglich die Lage der Begrenzungskanten 65, d. h. der proximalen Begrenzungskante 66 und der distalen Begrenzungskante 67, zueinander von Bedeutung ist. Anhand von 2A bis 2C soll dieses verdeutlicht werden. Gleiche technische Merkmale sind in allen Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.It turns out that not the actual orientation of a charge collecting surface, ie the charge collecting element 60 , but only the position of the boundary edges 65 ie the proximal boundary edge 66 and the distal boundary edge 67 , is important to each other. Based on 2A to 2C this should be clarified. The same technical features are designated in all figures with identical reference numerals.

In 2A ist schematisch die Situation analog zu der in 1 dargestellten Ausführungsform gezeigt. Das als Platte 61 ausgebildete Ladungssammelelement 60 weist eine proximale Kante 62 und eine distale Kante 63 auf, zu denen die freien Sichtlinien 101,102 verlaufen, die den Winkelbereich θ begrenzen, unter dem Sekundärelektronen, die an der Sollbrennfleckposition 55 emittiert werden, das Ladungssammelelement 60 sehen. Somit stellt die proximale Kante 62 des Ladungssammelelements 60 die proximale Begrenzungskante 66 und die distale Kante 63 des Ladungssammelelements 60 die distale Begrenzungskante 67 für eine sogenannten Nachweisfläche 90 dar, die jene Fläche ist, durch die die freien Sichtlinien verlaufen, die von dem Brennfleck 50 zu einer Position auf dem Ladungssammelelement 60 verlaufen. Aus Gründen der Vereinfachung sind nur die Sichtlinien 101,102 gezeigt, die den Winkelbereich θ in der Zeichenebene eingrenzen. In der Zeichenebene, parallel zur Targetoberfläche 31 verläuft auch die ausgezeichnete Richtung 80, entlang derer Brennfleckpositionsänderungen erfassbar sind. Bei der Ausführungsform der 2A fällt die Nachweisfläche 90 mit der Fläche des Ladungssammelelements 60 zusammen.In 2A is schematically the situation analogous to that in 1 shown embodiment shown. That as a plate 61 trained charge collecting element 60 has a proximal edge 62 and a distal edge 63 to which the free line of sight 101 . 102 run the angle range θ limit, among the secondary electrons that at the target focal spot position 55 are emitted, the charge collecting element 60 see. Thus, the proximal edge represents 62 of the charge collecting element 60 the proximal boundary edge 66 and the distal edge 63 of the charge collecting element 60 the distal boundary edge 67 for a so-called detection area 90 which is the area through which the free line of sight passes, that of the focal spot 50 to a position on the charge collecting element 60 run. For the sake of simplicity, only the line of sight 101 . 102 shown the angle range θ in the drawing plane. In the drawing plane, parallel to the target surface 31 also runs the excellent direction 80 along which focal spot position changes are detectable. In the embodiment of the 2A falls the detection area 90 with the surface of the charge collecting element 60 together.

Eine Änderung der Brennfleckposition senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. parallel zu den Begrenzungskanten 65, führt jedoch gar nicht oder nur minimal zur Veränderung des Erfassungsraumwinkels, unter denen die Sekundärelektronen das Ladungssammelelement 60 sehen. Besonders bevorzugt wird es, dass ein Abstand von Projektionen 165, einer Projektion 166 der proximalen Begrenzungskante 66 und einer Projektion 167 der distalen Begrenzungskante 67, auf der Targetoberfläche 31 einen geringeren Abstand 168 zueinander aufweisen als das Ladungssammelelement 60 senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. parallel zu den Begrenzungskanten 66,67, ausgedehnt ist.A change in the focal spot position perpendicular to the plane of the drawing, ie parallel to the boundary edges 65 , but does not lead, or only minimally, to a change in the Detection space angle, under which the secondary electrons, the charge collecting element 60 see. It is particularly preferred that a distance of projections 165 , a projection 166 the proximal boundary edge 66 and a projection 167 the distal boundary edge 67 , on the target surface 31 a smaller distance 168 to each other than the charge collecting element 60 perpendicular to the plane of the drawing, ie parallel to the boundary edges 66 . 67 , is extensive.

In 2A ist auch der Brennfleckdurchmesser 51 eingezeichnet.In 2A is also the focal spot diameter 51 located.

In 2B ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die proximale Begrenzungskante 66 durch eine Kante 112 einer Blende 110 ausgebildet ist. Die distale Begrenzungskante 67 ist bei dieser Ausführungsform eine äußere Kante 64 des Ladungssammelelements 60. Auch bei dieser Ausführungsform existiert eine Nachweisfläche 90, deren Größe identisch zu der nach 2A ist. Lediglich die Größe und Lage dieser Nachweisfläche 90 bestimmt jedoch, wie viel Ladung auf dem Ladungssammelelement 60 pro Zeitintervall gesammelt wird. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das Ladungssammelelement 60 parallel zur Targetoberfläche 31 über die proximale Begrenzungskante 66 hinaus.In 2 B an embodiment is shown in which the proximal boundary edge 66 through an edge 112 a panel 110 is trained. The distal boundary edge 67 is an outer edge in this embodiment 64 of the charge collecting element 60 , Also in this embodiment, there is a detection surface 90 whose size is identical to the one after 2A is. Only the size and location of this detection area 90 however, determines how much charge on the charge collection element 60 is collected per time interval. In this embodiment, the charge collecting element extends 60 parallel to the target surface 31 over the proximal boundary edge 66 out.

In 2C ist schließlich eine Ausführungsform dargestellt, bei der neben der proximalen Begrenzungskante 66, die durch die Kante 112 der Blende 110 ausgebildet ist, auch die distale Begrenzungskante 67 durch eine Kante 122 einer weiteren Blende 120 ausgebildet ist. Eine Größe und Lage der Nachweisfläche 90 ist auch bei dieser Ausführungsform identisch zu den Nachweisflächen 90 der anderen Ausführungsformen nach 2A und 2B. Auch bei dieser Ausführungsform erstreckt sich das Ladungssammelelement 60 parallel zur Targetoberfläche 31 über die proximale Begrenzungskante 66 und die distale Begrenzungskante 67 hinaus.In 2C Finally, an embodiment is shown in which, in addition to the proximal boundary edge 66 passing through the edge 112 the aperture 110 is formed, including the distal boundary edge 67 through an edge 122 another aperture 120 is trained. A size and location of the detection area 90 is identical to the detection surfaces also in this embodiment 90 the other embodiments according to 2A and 2 B , Also in this embodiment, the charge collecting element extends 60 parallel to the target surface 31 over the proximal boundary edge 66 and the distal boundary edge 67 out.

Es wird an dieser Stelle noch einmal angemerkt, dass eine Änderung des Erfassungsraumwinkels Θ, der durch die freien Sichtlinien bzw. deren Richtungen, unter der Sekundärelektronen von dem Brennfleck zu dem Ladungssammelelement 60 gelangen können, aufgespannt wird, im Wesentlichen durch eine Änderung des Winkelbereichs θ in der Ebene senkrecht zu den Begrenzungskanten 65, d. h. hier in der Zeichnungsebene, bestimmt ist.It is again noted at this point that a change in the detection space angle Θ by the free lines of sight or their directions, among the secondary electrons from the focal spot to the charge collecting element 60 can be spanned, essentially by changing the angle range θ in the plane perpendicular to the boundary edges 65 , ie here in the drawing plane, is determined.

Bei den dargestellten Ausführungsformen der 2A bis 2C befindet sich das Ladungssammelelement 60 senkrecht über der Sollbrennfleckposition 55. Dies bedeutet, dass eine Oberflächennormale 35 der Targetoberfläche das Ladungssammelelement 60 schneidet. Die Oberflächennormale 35 und die Nachweisfläche 90 schließen einen Scheitelwinkel α ein, der möglichst gering gewählt ist. Vorzugsweise liegt der Scheitelwinkel α in einem Winkelbereich zwischen 1° und 10°, besonders bevorzugt zwischen 3° und 7°.In the illustrated embodiments of the 2A to 2C is the charge collector 60 vertically above the desired focal spot position 55 , This means that a surface normal 35 the target surface the charge collecting element 60 cuts. The surface normal 35 and the detection area 90 close a vertex angle α one that is chosen as low as possible. Preferably, the apex angle is α in an angular range between 1 ° and 10 °, more preferably between 3 ° and 7 °.

Die Sichtlinie 101 zur proximalen Begrenzungskante 66 schließt mit der Nachweisfläche 90 einen flachen Winkel β ein.The line of sight 101 to the proximal boundary edge 66 closes with the detection area 90 a shallow angle β one.

Ein sinnvoller minimaler Scheitelwinkel α hängt zum einen von der maximal zu erwartenden Größe des Brennflecks, d. h. dem maximal zu erwartenden Brennfleckdurchmesser, einer Fertigungsgenauigkeit sowie einem Abstand 72 der proximalen Begrenzungskante 66 von der Targetoberfläche 31 ab.A sensible minimum vertex angle α depends on the one hand on the maximum expected size of the focal spot, ie the maximum expected focal spot diameter, a manufacturing accuracy and a distance 72 the proximal boundary edge 66 from the target surface 31 from.

In 3 ist grafisch ein Signal-Signaländerungs-Verhältnis oder Signal-Versatz-Verhältnis, im Folgenden als OSR bezeichnet, in einem Grafen 200 gegen Scheitelwinkel α zwischen der Oberflächennormale 35 und der Nachweisfläche 90 aufgetragen. Das Signal-Signaländerungs-Verhältnis OSR ist definiert als das Verhältnis der an einer Brennfleckposition 52, beispielsweise der Sollbrennfleckposition 55, detektieren Ladung L(x) pro Zeitintervall geteilt durch die Differenz ΔL der pro Zeiteinheit detektieren Ladung, die durch eine Positionsänderung Δx der Brennfleckposition 52 verursacht wird, d.h. OSR = L ( x ) / ( (L ( x ) L ( x + Δ x ) )

Figure DE102018206514A1_0001
oder anders ausgedrückt OSR = L / Δ L .
Figure DE102018206514A1_0002
In 3 is graphically a signal-to-signal ratio or signal-to-noise ratio, hereafter referred to as OSR, in a graph 200 against apex angle α between the surface normal 35 and the detection area 90 applied. The signal-to-signal ratio OSR is defined as the ratio of the focal spot position 52 , For example, the target focal spot position 55 , Detect charge L (x) per time interval divided by the difference ΔL of the charge per unit time detected by a change in position Δx of the focal spot position 52 is caused, ie OSR = L ( x ) / ( (L ( x ) - L ( x + Δ x ) )
Figure DE102018206514A1_0001
or in other words OSR = L / Δ L ,
Figure DE102018206514A1_0002

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 α und auf der Ordinate das Signal-Signaländerungs-Verhältnis OSR aufgetragen. Aus dem dargestellten funktionellen Zusammenhang des Grafen 200 ergibt es sich, dass der Scheitelwinkel α möglichst klein gewählt werden soll. Dennoch sollte der Scheitelwinkel α so gewählt werden, dass Sekundärelektronen, die vom Brennfleck emittiert werden, auch bei der Ausführungsform nach 2A nicht auf die Rückseite des Ladungssammelelements 60 gelangen. Diese Beschränkung gilt nicht, wenn auf der Rückseite des Ladungssammelelements 60 ein zweites Ladungssammelelement ist, für das die gesammelte Ladung pro Zeitintervall getrennt ausgewertet wird. Dies erfordert jedoch einen doppelt so hohen Aufwand bei der Ladungsmessung und Auswertung, um die Brennfleckposition entlang der ausgezeichneten (vorbestimmten) Richtung 80 auf dem Target 30 bestimmen zu können.On the abscissa are the different vertex angles α and plotted on the ordinate, the signal-to-signal ratio OSR. From the illustrated functional connection of the count 200 it turns out that the vertex angle α should be chosen as small as possible. Nevertheless, the apex angle should be α be chosen so that secondary electrons emitted from the focal spot, also in the embodiment according to 2A not on the back of the charge collecting element 60 reach. This restriction does not apply if on the back of the cargo collection element 60 is a second charge collection element for which the collected charge is evaluated separately per time interval. However, this requires twice the cost of charge measurement and evaluation to the focal spot position along the excellent (predetermined) direction 80 on the target 30 to be able to determine.

In 4 ist für drei unterschiedliche Brennfleckdurchmesser schematisch jeweils ein funktioneller Zusammenhang des Signal-Signaländerungs-Verhältnisses OSR gegenüber Änderungen der Brennfleckposition aufgetragen. Gezeigt sind ein funktionaler Zusammenhang in einem Grafen 151 für einen Brennfleckdurchmesser von 1 mm, ein funktionaler Zusammenhang in einem Grafen 152 für einen Brennfleckdurchmesser von 100 µm und ein funktionaler Zusammenhang in einem Grafen 153 für einen Brennfleckdurchmesser von 10 µm. Aus den Grafen 151 bis 153 ist zu entnehmen, dass für kleinere Brennfleckdurchmesser bereits kleinere Abweichungen erfassbar sind als für größere Brennfleckdurchmesser. Hier gilt erneut, je kleiner das Signal-Signaländerungs-Verhältnis OSR ist, desto einfacher und präziser ist eine Brennfleckpositionsermittlung möglich.In 4 For each of three different focal spot diameters, a functional relationship of the signal-to-signal-to-noise ratio OSR to changes in the focal spot position is schematically plotted. Shown are a functional context in a count 151 for a focal spot diameter of 1 mm, a functional relationship in a graph 152 for a focal spot diameter of 100 μm and a functional relationship in a graph 153 for a focal spot diameter of 10 μm. From the counts 151 to 153 It can be seen that even smaller deviations can be detected for smaller focal spot diameter than for larger focal spot diameter. Again, the smaller the signal-to-signal ratio OSR, the easier and more accurate a focal position detection is possible.

Eine Messung der Ladung, die auf dem Ladungssammelelement 60 deponiert wird, kann auf unterschiedliche Weise mittels einer Messeinrichtung 270 ausgeführt werden. Zum einen ist es möglich, die Spannung an einem großen Widerstand zu messen, über den die Ladung von dem Ladungssammelelement abgeleitet wird. Alternativ kann man das Stromsignal, welches bei der Entladung entsteht, unmittelbar verstärken. Wieder eine andere Ausführungsform sieht vor, dass Ladungssammelelement wie einen Kondensator 260 auf einer Spannung zu halten, welches durch die deponierte Ladung entladen wird. Diese Ausführungsform ist in 1 angedeutet.A measurement of the charge on the charge collecting element 60 can be deposited in different ways by means of a measuring device 270 be executed. On the one hand, it is possible to measure the voltage across a large resistor, via which the charge is derived from the charge collecting element. Alternatively, one can directly amplify the current signal which arises during the discharge. Yet another embodiment provides that charge collection element such as a capacitor 260 to hold on a voltage which is discharged by the deposited charge. This embodiment is in 1 indicated.

Die Ladungsmessung kann mittels der Messeinrichtung 270 über größere Zeitintervalle erfolgen, da eine Änderung der Brennfleckposition ebenfalls in der Regel nur über längere Zeiträume stattfindet. Daher können auch kleine Änderungen der pro Zeitintervall gesammelten oder deponierten Ladungsmengen zuverlässig erfasst werden. Vorzugsweise wird die deponierte Ladung bzw. der Ladestrom, der zum Erhalten eines vorgegebenen Potenzials notwendig ist, in kurzen Zeitabständen abgetastet und integriert. Wird eine Ladungsänderung pro Zeitintervall, also quasi eine Änderung des Sekundärelektronenstroms, mittels einer Auswerteeinrichtung 280 festgestellt, so kann hieraus die Positionsänderung der Brennfleckposition 52 ermittelt werden. Bei einer einfachen Ausführungsform wird als Positionssignal 290 lediglich ausgegeben, dass sich die Brennfleckposition verändert hat. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich die Richtung der Positionsänderung als Positionssignal 290 angegeben. Bei wieder einer anderen verbesserten Ausführungsform wird zusätzlich auch der Abstand, bzw. die quantitative Größe der Positionsänderung angegeben. Das Positionssignal 290 kann von einer nachgelagerten Steuereinrichtung 300 verwendet werden, um elektronenoptische Einrichtungen 310 zu steuern, welche den Primärelektronenstrahl 20 beeinflussen und so den Brennfleck 50 wieder an die Sollbrennfleckposition 55 verlagern.The charge measurement can be done by means of the measuring device 270 over longer time intervals, since a change of the focal spot position also usually takes place only over longer periods. Therefore, even small changes in the amount of charge collected or deposited per time interval can be reliably detected. Preferably, the deposited charge or charge current necessary to obtain a given potential is sampled and integrated at short intervals. If a charge change per time interval, so to speak, a change in the secondary electron current, by means of an evaluation 280 determined, it may change the position of the focal spot position 52 be determined. In a simple embodiment is used as a position signal 290 just output that the focal spot position has changed. In a preferred embodiment, in addition, the direction of the position change as a position signal 290 specified. In yet another improved embodiment, the distance, or the quantitative size of the change in position is additionally indicated. The position signal 290 can be from a downstream controller 300 used to electron optical devices 310 to control which the primary electron beam 20 affect and so the focal spot 50 back to the desired focal spot position 55 relocate.

Um auch Schwankungen bei der Sekundärelektronen-Emission berücksichtigen zu können, die nicht durch eine Änderung der Brennfleckposition verursacht sind, weist die Auswerteeinrichtung 280 einen Signaleingang 281 auf, über den ein Normierungssignal 315 erfasst werden kann. Das Normierungssignal 315 wird beispielsweise von einer Strommesseinrichtung 320 bereitgestellt, die einen an dem Target 30 auftretenden Strom misst und daraus das Normierungssignal 315 erzeugt.In order to be able to take into account fluctuations in the secondary electron emission, which are not caused by a change in the focal spot position, the evaluation device 280 a signal input 281 on, over which a normalization signal 315 can be detected. The normalization signal 315 is for example a current measuring device 320 provided, one on the target 30 current and measures the normalization signal 315 generated.

In 5 ist schematisch eine Ausführungsform eines Röntgenröhrenmesskopfs 11 einer Röntgenröhre 10 ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung gezeigt. Der Röntgenröhrenmesskopf 11 ist aus einem Metallblock 12 gefertigt. In diesen sind eine erste Ausnehmung 13 und eine zweite Ausnehmung 14, beispielsweise beide in Form einer Bohrung, eingearbeitet, deren Achsen sich unter einem flachen Winkel an einer Oberfläche eines Targets 30 treffen, die noch eine weitere Funktionsausnehmung 18 ausfüllt. Durch die erste Ausnehmung 13 trifft der Primärelektronenstrahl 20 im Brennfleck 50 auf das Target 30. Die Röntgenstrahlung 40 tritt über die zweite Ausnehmung 14 durch ein Röntgenfenster 15 aus dem Röntgenröhrenmesskopf 11 aus, das die zweite Ausnehmung 14 abschließt, und wird zum Vermessen eines Prüfobjekts 45 verwendet.In 5 is schematically an embodiment of an X-ray tube measuring head 11 an x-ray tube 10 partially shown in a sectional view. The X-ray tube probe 11 is from a metal block 12 manufactured. In these are a first recess 13 and a second recess 14 , for example both in the form of a bore, whose axes are at a shallow angle to a surface of a target 30 meet that yet another functional recess 18 fills. Through the first recess 13 hits the primary electron beam 20 in the focal spot 50 on the target 30 , The x-ray radiation 40 occurs over the second recess 14 through an x-ray window 15 from the X-ray tube probe 11 out, that the second recess 14 and is used to measure a test object 45 used.

Senkrecht oder nahezu senkrecht über der Targetoberfläche 31 des Targets 30 ist eine weitere Ausnehmung 16, beispielsweise in Form einer Bohrung oder Fräsung, ausgebildet. Eine Außenfläche 19 des Röntgenröhrenmesskopfs 11 ist gegenüber einer Achse 25 der Ausnehmung 16 und gegenüber der Targetoberfläche 31 angewinkelt. Vorzugsweise weist die Außenfläche 19 an jener Stelle, an der diese von der Ausnehmung 16 durchdrungen wird, gegenüber der Oberflächennormale 35 des Targets 30 einen Scheitelwinkel α auf, der für ein Ladungssammelelement 60 geeignet ist. Ein Abschluss 26 der Ausnehmung 16 wird hier als Ladungssammelelement 60 ausgebildet und gegenüber dem Metallblock 12 isoliert an diesem befestigt und verschließt die Ausnehmung 16. Ist eine geeignete Neigung der Außenfläche 19 des Röntgenröhrenmesskopf 11 im Bereich der Ausnehmung 16 gegenüber der Oberflächennormale 35 der Targetoberfläche 31 nicht herstellbar, so kann die Nachweisfläche 90, welche entscheidend für die Ladungsmessung ist, über eine optionale Blende 110 oder zwei optionale Blenden 110, 120 im Bereich der Ausnehmung 16 festgelegt werden.Vertical or nearly vertical above the target surface 31 of the target 30 is another recess 16 , For example, in the form of a hole or milling, formed. An outer surface 19 of the X-ray tube probe 11 is opposite to an axis 25 the recess 16 and opposite the target surface 31 bent. Preferably, the outer surface 19 in the place where this from the recess 16 is penetrated, compared to the surface normal 35 of the target 30 a vertex angle α on that for a cargo-collecting element 60 suitable is. A degree 26 the recess 16 is here as charge collecting element 60 trained and opposite the metal block 12 isolated attached to this and closes the recess 16 , Is a suitable inclination of the outer surface 19 the X-ray tube probe 11 in the region of the recess 16 opposite the surface normal 35 the target surface 31 not producible, so can the detection area 90 , which is crucial for the charge measurement, via an optional aperture 110 or two optional irises 110 . 120 in the region of the recess 16 be determined.

Bei einer weiteren Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, wird das Ladungssammelelement als Bestandteil des Röntgenfensters 15 ausgebildet.In a further embodiment, in 6 is shown, the charge collecting element as part of the X-ray window 15 educated.

Neben der Messung und Kontrolle der Brennfleckposition 52 entlang einer ausgezeichneten Raumrichtung 80, welche in den bisher in den Figuren dargestellten Ausführungsformen jeweils in der dargestellten Zeichenebene liegt, ist es auch möglich, zusätzlich ein weiteres Ladungssammelelement, welches ebenfalls gegenüber der Targetoberfläche angewinkelt ist, zu verwenden, um in einer Raumrichtung quer zu dieser ausgezeichneten Richtung 80, insbesondere senkrecht zur der ausgezeichneten Richtung 80, Positionsänderung der Brennfleckposition 52 zu ermitteln. Analog existiert bei einer solchen Ausführungsform eine weitere Nachweisfläche, welche durch eine weitere proximale Begrenzungskante und eine weitere distale Begrenzungskante hinsichtlich eines Winkelbereichs φ in einer Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene der bisherigen Figuren eingeschränkt wird. Die Anordnung des weiteren Ladungssammelelements ebenfalls senkrecht über der Sollbrennfleckposition ist nicht möglich. Die Anordnung der weiteren Begrenzungskanten senkrecht zu den Begrenzungskanten 65 sollte jedoch möglichst so erfolgen, dass die freien Sichtlinien von der Brennfleckposition 52 zu dem Ladungssammelelement 60, welche durch die Nachweisfläche 90 verlaufen und die weiteren freien Sichtlinien zu dem weiteren Ladungssammelelement, die durch die weitere Nachweisfläche verlaufen, zueinander auch bei vorgegebenen Abweichungen der Brennfleckposition von der Sollbrennfleckposition jeweils disjunkt sind.In addition to the measurement and control of the focal spot position 52 along an excellent spatial direction 80 which is in each case in the illustrated plane of the drawing in the embodiments shown so far in the figures, it is also possible to additionally use a further charge collecting element, which is also angled relative to the target surface, in a spatial direction transverse to this excellent direction 80 , in particular perpendicular to the excellent direction 80 , Position change of the focal spot position 52 to investigate. Analogously, in such an embodiment, there is another detection surface which is defined by a further proximal boundary edge and a further distal boundary edge with respect to an angular region φ is limited in a plane perpendicular to the plane of the previous figures. The arrangement of the further charge collecting element also perpendicular to the desired focal spot position is not possible. The arrangement of the further boundary edges perpendicular to the boundary edges 65 However, if possible, should be done so that the free line of sight from the focal spot position 52 to the charge collecting element 60 passing through the detection area 90 run and the other free lines of sight to the further charge collecting element, which extend through the further detection surface, each disjoint to each other even given predetermined deviations of the focal spot position of the target focal spot position.

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)

Vorrichtung (1) zur Kontrolle einer Position eines Brennflecks (50) auf einem Target (30) in einer Röntgenröhre (10) in einem Überwachungsbereich um eine Sollbrennfleckposition (55), umfassend: mindestens ein Ladungssammelelement (60) zum Sammeln eines Teils von im Brennfleck (50) erzeugten und in die Hemisphäre über einer Targetoberfläche des Targets (30) emittierten Sekundärelektronen, wobei das mindestens eine Ladungssammelelement (60) beabstandet von dem Target (30) in der Röntgenröhre (10) angeordnet ist und gegenüber anderen Elementen der Röntgenröhre (10) elektrisch isoliert ist, wobei das mindestens eine Ladungssammelelement (60) relativ zu der Targetoberfläche (31) des Targets (30) 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 der Sollbrennfleckposition (55) ist, wobei freie Sichtlinien (101,102; 101', 102'; 101", 102") jene geraden Linien sind, die von einer der Entstehungspositionen der Sekundärelektronen im Brennfleck (50) zu einer der Positionen auf dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) geradlinig verlaufen und entlang derer sich eines der Sekundärelektronen ungehindert von dem Target (30) zu dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) bewegen kann; und eine Messeinrichtung (270), die mit dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) verbunden ist, zum Messen der pro Zeitintervall auf dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) gesammelten Ladung von Sekundärelektronen 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.Apparatus (1) for controlling a position of a focal spot (50) on a target (30) in an x-ray tube (10) in a surveillance area about a target focal spot position (55), comprising: at least one charge collection element (60) for collecting a portion of secondary electrons generated in the focal spot (50) and emitted into the hemisphere above a target surface of the target (30), the at least one charge collection element (60) being spaced from the target (30) in the x-ray tube (10) is arranged and is electrically insulated from other elements of the x-ray tube (10), wherein the at least one charge collection element (60) is arranged relative to the target surface (31) of the target (30) so that in each case a detection space angle (8) that is independent of visual lines (101, 102; 101 ', 102', 101 ", 102"). ) of the secondary electrons is less than the solid angle of the hemisphere over the target surface (31) in the target focal spot position (55), wherein free line of sight (101, 102, 101 ', 102', 101 ", 102") are those straight lines which are straight from one of the secondary electron formation positions in the focal spot (50) to one of the positions on the at least one charge collecting element (60); along which one of the secondary electrons is free to move from the target (30) to the at least one charge collection element (60); and a measuring device (270), which is connected to the at least one charge collecting element (60), for measuring the charge of secondary electrons collected per time interval on the at least one charge collecting element (60) 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). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachweisfläche (90) gebildet ist, welche eine proximale Begrenzungskante (66) und eine distale Begrenzungskante (67) aufweist, wobei die proximale Begrenzungskante (66) und die distale Begrenzungskante (67) jeweils parallel zueinander und zu der Targetoberfläche (31) orientiert sind und durch Blendenkanten (112, 122) und/oder Kanten anderer Elemente der Röntgenröhre (10) und/oder Kanten (62, 63) des mindestens einen Ladungssammelelements (60) ausgebildet sind und den Erfassungsraumwinkel (Θ) der freien Sichtlinien (101, 102) vom Brennfleck (50) an der Sollbrennfleckposition zu dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) begrenzen, wobei die proximale Begrenzungskante (66) einen geringeren Abstand zur Targetoberfläche (31) als die distale Begrenzungskante (67) aufweist, wobei die proximale Begrenzungskante (66) und die distale Begrenzungskante (67) senkrecht zu der ausgezeichneten Richtung (80) auf der Targetoberfläche (31) orientiert sind.Device (1) according to Claim 1 characterized in that a detection surface (90) is formed having a proximal boundary edge (66) and a distal boundary edge (67), the proximal boundary edge (66) and the distal boundary edge (67) being parallel to each other and to the target surface (31) are oriented and formed by diaphragm edges (112, 122) and / or edges of other elements of the x-ray tube (10) and / or edges (62, 63) of the at least one charge collecting element (60) and the detection space angle (Θ) of the free Limiting line of sight (101, 102) from the focal spot (50) at the target focal spot position to the at least one charge collection element (60), the proximal boundary edge (66) being closer to the target surface (31) than the distal boundary edge (67) proximal boundary edge (66) and the distal boundary edge (67) are oriented perpendicular to the salient direction (80) on the target surface (31). Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachweisfläche (90) mit einer freien Sichtlinie von einer Sollbrennfleckposition (55) des Brennflecks (50) zur proximalen Begrenzungskante (66), die senkrecht zur proximalen Begrenzungskante (66) orientiert ist, einen stumpfen Winkel (β) einschließt.Device (1) according to Claim 2 , characterized in that the detection surface (90) with a free line of sight of a Desired focal spot position (55) of the focal spot (50) to the proximal boundary edge (66) oriented perpendicular to the proximal boundary edge (66) includes an obtuse angle (β). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachweisfläche (90) mit einer Oberflächennormalen der Targetoberfläche (31) einen Winkel (α) einschließt, der bevorzugt aus dem Winkelbereich zwischen 1° und 10°, bevorzugter aus dem Winkelbereich zwischen 3° und 7°, ausgewählt ist.Device (1) according to one of Claims 2 or 3 characterized in that the detection surface (90) includes an angle (α) with a surface normal of the target surface (31), which is preferably selected from the angular range between 1 ° and 10 °, more preferably from the angular range between 3 ° and 7 ° , Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ladungssammelelement (60) als elektrisch leitfähige Platte (61) ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one charge collecting element (60) is formed as an electrically conductive plate (61). Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungssammelelement (60) als Abschlusselement (26) oder Teil eines Abschlusselements (26) einer Ausnehmung (16) in einem Röntgenröhrenmesskopf (11) ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the charge collecting element (60) as a closure element (26) or part of a closure element (26) of a recess (16) in an X-ray tube measuring head (11) is formed. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (280) ausgebildet ist, ein Normierungssignal (315) zu erfassen, welches mit einer Gesamtanzahl erzeugter Sekundärelektronen korreliert ist, und das Normierungssignal (315) bei der Ermittlung einer Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung zu berücksichtigen.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device (280) is adapted to detect a normalization signal (315), which is correlated with a total number of generated secondary electrons, and the normalization signal (315) in the determination of a change to consider the charge detected per time interval. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Ladungssammelelement über der Targetoberfläche (31) elektrisch isoliert in der Röntgenröhre (10) 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 (31) orientiert sind und durch weitere Blendenkanten oder weitere Kanten anderer Elemente der Röntgenröhre (10) oder Kanten des mindestens einen weiteren Ladungssammelelements ausgebildet sind und einen weiteren Erfassungsraumwinkel von weiteren freien Sichtlinien vom Brennfleck (50) an der Sollbrennfleckposition zu dem mindestens einen weiteren Ladungssammelelement begrenzen, wobei die weitere proximale Begrenzungskante einen geringeren Abstand zur Targetoberfläche (31) als die weitere distale Begrenzungskante aufweist, wobei das weitere Ladungssammelelement mit der Messeinrichtung (270) oder einer weiteren Messeinrichtung zum Messen der pro Zeitintervall auf dem weiteren Ladungssammelelement gesammelten Ladung von Sekundärelektronen verbunden ist und die mit der Messeinrichtung (270) oder der weiteren Messeinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung (280) geeignet ist, eine Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung auf dem weiteren Ladungssammelelement in eine Positionsänderung des Brennflecks (50) entlang der weiteren ausgezeichneten Richtung auf der Targetoberfläche (31) umzuwandeln und ein weiteres Positionssignal bereitzustellen, wobei die weitere ausgezeichnete Richtung quer zu der ausgezeichneten Richtung orientiert ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further charge collecting element is disposed above the target surface (31) electrically isolated in the x-ray tube (10) and a further detection surface is formed, which has a further proximal boundary edge and a further distal Having boundary edge, which are oriented perpendicular to another excellent direction, wherein the further proximal boundary edge and the further distal boundary edge in each case parallel to each other and to the target surface (31) are oriented and by further diaphragm edges or other edges of other elements of the X-ray tube (10) or Edges of the at least one further charge collecting element are formed and limit a further detection space angle of further free lines of sight from the focal spot (50) at the desired focal spot position to the at least one further charge collecting element, wherein the further proximal Boundary edge has a smaller distance from the target surface (31) than the further distal boundary edge, wherein the further charge collecting element is connected to the measuring device (270) or another measuring device for measuring the charge accumulated per time interval on the further charge collecting element charge of secondary electrons and with the measuring device (270) or the further measuring device connected evaluation device (280) 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 (50) along the other excellent direction on the target surface (31) and another position signal to provide the further excellent direction oriented transversely to the excellent direction. Verfahren zum Kontrollieren einer Brennfleckposition (52) auf einem Target (30) in einer Röntgenröhre (10) in einem Überwachungsbereich um eine Sollbrennfleckposition (55), umfassend die Schritte: Sammeln von Sekundärelektronen auf mindestens einem Ladungssammelelement (60), die einen Anteil der im Brennfleck (50) auf dem Target (30) erzeugten und in eine Hemisphäre über einer Targetoberfläche (31) des Targets (30) emittierten Sekundärelektronen bilden, wobei das mindestens eine Ladungssammelelement (60) relativ zu der Targetoberfläche (31) des Targets (30) 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 der Sollbrennfleckposition (55) ist, wobei freie Sichtlinien (101,102; 101', 102'; 101", 102") jene geraden Linien sind, die von einer der Entstehungspositionen der Sekundärelektronen im Brennfleck (50) zu einer der Positionen auf dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) geradlinig verlaufen und entlang derer sich eines der Sekundärelektronen ungehindert von dem Target (30) zu dem mindestens einen Ladungssammelelement (60) bewegen kann, iteratives Messen der pro Zeitintervall gesammelten Ladung auf dem mindestens einen Ladungssammelelement (60); Ermitteln, ob eine Änderung bei der pro Zeitintervall gesammelten Ladungsmenge aufgetreten ist, und falls dieses der Fall ist, Ermitteln einer Positionsabweichung der Brennfleckposition (52), die mit einer Änderung des Erfassungsraumwinkels (Θ) des mindestens einen Ladungssammelelements (60) korrespondiert, wobei die Änderung des Erfassungsraumwinkels (Θ) wiederum mit der ermittelten Änderung der pro Zeitintervall erfassten Ladung korrespondiert, und Ausgeben eines Positionssignals (290), welches eine Positionsinformation umfasst.A method of controlling a focal spot position (52) on a target (30) in an x-ray tube (10) in a surveillance area about a target focal spot position (55), comprising the steps of: Collecting secondary electrons on at least one charge collection element (60) which form a portion of the secondary electrons generated in the focal spot (50) on the target (30) and emitted into a hemisphere over a target surface (31) of the target (30), the at least one Charge accumulation element (60) relative to the target surface (31) of the target (30) 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 less than the solid angle of the hemisphere over the target surface (31) at the target focal spot position (55), with free line of sight (101, 102, 101 ', 102', 101 ", 102") being straight lines from one of the origin positions of the secondary electrons in the focal spot (50) to one of the positions on the at least one charge collecting element (60) are rectilinear and along which one of the secondary electrons freely from the target (30 ) can move to the at least one charge collecting element (60), iteratively measuring the charge accumulated per time interval on the at least one charge collection element (60); Determining whether a change in the amount of charge accumulated per time interval has occurred, and if so, determining a positional deviation of the focal spot position (52) corresponding to a change in the detection space angle (Θ) of the at least one charge accumulation element (60); Changing the detection space angle (Θ) in turn corresponds to the determined change in the charge detected per time interval, and Outputting a position signal (290) comprising position information.
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