EP4260099A1 - Röntgenstrahlendetektor mit erhöhter auflösung, anordnung und verfahren hierzu - Google Patents

Röntgenstrahlendetektor mit erhöhter auflösung, anordnung und verfahren hierzu

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Publication number
EP4260099A1
EP4260099A1 EP21839025.0A EP21839025A EP4260099A1 EP 4260099 A1 EP4260099 A1 EP 4260099A1 EP 21839025 A EP21839025 A EP 21839025A EP 4260099 A1 EP4260099 A1 EP 4260099A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detector
rays
ray
shielding element
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21839025.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Fischer
Geert Heilmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smiths Detection Germany GmbH
Original Assignee
Smiths Detection Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Smiths Detection Germany GmbH filed Critical Smiths Detection Germany GmbH
Publication of EP4260099A1 publication Critical patent/EP4260099A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments

Definitions

  • the disclosure relates generally to an improvement in terms of increasing the spatial resolution of an X-ray detector in imaging non-destructive inspection of objects to find targets using X-ray radiography, and more particularly to an arrangement and a method for increasing the spatial resolution of an X-ray detector.
  • X-ray inspection systems in which an inspection object is passed through the X-ray fan at a predetermined transport speed through a scanning arrangement, which consists of a detector line arranged transversely to the transport direction and an X-ray fan directed onto the detector line, for line-by-line scanning of the inspection object, is the (physical) resolution of an X-ray image generated is essentially determined by the area of the individual detector elements, each corresponding to a picture point (pixel), and their number per unit length or per unit area of the detector line, as well as the ratio of the transport speed of the inspection object in the transport direction and the readout frequency of the detector elements.
  • the conventional x-ray inspection systems have two-dimensional x-ray detectors with a spatial resolution that is limited by a pixel size in the range of 0.6 to 1.2 mm.
  • a pixel size in the range of 0.6 to 1.2 mm.
  • 800 pixels are arranged on a detector line; the detector line can consist of several sections, each of which is formed by an associated detector unit.
  • Small details of an X-ray image can only be perceived as blurred due to the spatial size of the image point.
  • very fine structures, such as thin wires can hardly be resolved and are therefore difficult to recognize.
  • the spatial resolution of the x-ray image in the scanning direction corresponding to the transport direction could be achieved by a reduced transport speed and/or an increased readout frequency.
  • the first has a negative effect on the throughput of the inspection objects checked on the X-ray inspection system, the second again worsens the signal-to-noise ratio.
  • JP 2007-215929 A1 shows a medical X-ray device with a moveable bucky grid over the detector.
  • the bucky grating is moved alternately in a first direction and in a second direction opposite to the first direction, ensuring that the position at which the speed of movement of the grating becomes zero, i.e. the reversal point of the movement, is always at a different position to avoid image distortions due to the grid in the position of the reversal point.
  • FR 2 869 789 A1 which also relates to a medical X-ray device, wherein at least two Bucky disks, consisting of a circumferential sequence of alternating X-ray opaque sectors and X-ray transparent sectors, coaxial with the focal length of the X-ray radiation, positioned between the X-ray source and a patient and between the X-ray table and the detector in the beam path, respectively, and rotated about its axis in a synchronized manner will.
  • US 2009/0285353 A shows an X-ray device called array CT scanning system for scanning objects with multiple X-ray fans.
  • a conveyor belt is configured to transport baggage as inspection objects through a tunnel.
  • a plurality of x-ray sources are provided and configured to irradiate the tunnel with different x-ray fans, each having detectors positioned to detect the fan beams.
  • An image processing system is configured to generate 3D images of a scanned inspection object by interpolating the scan data depending on the information received from the detectors. An operator can manipulate the image data and rotate the inspection object in order to recognize objects located therein.
  • detector an X-ray detector
  • the inventors have recognized that a change over time in the effective receiving area of a detector element for X-rays and a corresponding scanning (reading) of these receiving areas, which are different from one another, can be advantageously used to improve the spatial resolution.
  • the inventors have found that the spatial resolution of the detector can thus be increased in the direction of the detector row and/or orthogonally to the detector row without increasing the total number of detector elements.
  • the core idea of the solution proposed here consists in the minimal design in an arrangement of a detector element and an associated shielding element, by means of which the effective receiving surface of the detector element for X-rays is shielded by the shielding element shielding the X-rays by a time-varying shadowing (e.g. through absorption or reflection) of the receiving surface can be changed.
  • the effective spatial resolution of the detector element can thus be increased.
  • the shielding element is designed in such a way that it can be used to change the effective receiving area of the detector element for incident X-rays; the shielding element thus has the function of a dynamic screen.
  • an arrangement of an X-ray detector and an X-ray shielding shielding element for use in an X-ray inspection system (for example one according to the second aspect described below) that is set up for carrying out a method for X-ray radiography of an inspection object is provided.
  • the X-ray detector has at least one detector line with at least one (preferably a large number of) detector element(s) arranged along the detector line.
  • the detector row can also consist of several sections, each consisting of a corresponding sub-detector row.
  • linear-shaped is initially understood to mean that the detector is used to acquire detector data for a large number of pixels in the longitudinal direction of the detector (i.e. orthogonally to the scanning or transport direction of the inspection object) and for a smaller number of pixels , but at least for one pixel, is set up orthogonally to the longitudinal direction (i.e. in the scanning or transport direction of the inspection object).
  • the detector can also have more than one detector element in the direction orthogonal to the longitudinal direction (i.e. in the scanning direction or transport direction of the inspection object) with M>1, i.e. the detector is then a detector matrix with NxM detector elements.
  • the shielding element is arranged (in the direction of an incident X-ray beam) in front of the X-ray receiving surface of the at least one detector element and has one or more X-ray opaque areas and at least one X-ray transparent area.
  • a region impermeable to X-rays can be achieved, for example, by the material of the shielding element absorbing and/or reflecting incident X-rays.
  • the shielding element and the at least one detector element can be moved relative to one another, so that the effective receiving area for the X-rays of the at least one detector element can be changed accordingly over time.
  • the shielding element together with the relative movement, acts as a dynamic aperture for the detector element.
  • the shielded area of the receiving surface of the detector element and thus the active (effective) receiving surface of the detector element can be changed over time, so that scanning different areas of the surface of the same detector element is possible. Since the intended time-varying shading effective receiving area of the detector element is smaller than the actual maximum receiving area of the detector element, the resolution that can be achieved with the detector element increases accordingly.
  • the "(maximum) reception area” is understood here to mean the maximum area of a detector element on which the X-rays impinge and generate an associated irradiance there, from which an intensity value associated with the received X-rays can be determined by measurement or calculation.
  • the “effective receiving surface” of a detector element is understood here to mean the surface of the detector element on which the X-rays to be detected, which have passed through the inspection object, are incident in the proposed arrangement due to the shading caused by the shielding element.
  • the “effective reception area” of the detector element corresponds to the partial area of the (maximum) reception area that is currently not shielded by the shielding element. Therefore, the “effective receiving area” can be less than or equal to the (maximum) receiving area of the detector element.
  • a "relative movement" between the shielding element and the at least one detector element can be achieved in various ways, for example by the shielding element being stationary and the detector being moved, or by the shielding element being moved and the detector being stationary, or by moving both the shielding element and the detector relative to each other.
  • the detector of the arrangement proposed here of the first aspect with the line direction is preferably arranged orthogonally to the scanning direction of the inspection object so that the inspection object can be scanned line by line. It is preferred that there is no movement of the inspection object in the direction of the increase in resolution that is brought about.
  • the shielding element can have one or more areas that are opaque to X-rays (hereinafter referred to as “opaque area”) and one or more areas that are transparent to X-rays (hereinafter referred to as “transparent area”).
  • the shielding element thus exhibits at least one alternation between at least one impermeable area and at least one permeable area. According to the overlap of permeable area and receiving surface of the detector element, it is possible for the X-rays to pass through to the detector element and thus a corresponding detection of incident X-rays is possible.
  • the permeable area(s) of the shielding element can have any desired shape and size.
  • the shielding element can have a regular or an irregular pattern, which is formed by the permeable and impermeable areas.
  • an irregular pattern could be a random pattern.
  • the intersection of the shape and size of the transparent area of the shielding element and the shape and size of the receiving area of the detector element together determine the current effective receiving area of the detector element.
  • the opaque portion(s) of the shielding member is made of a material which is opaque to, i.e. absorbs, X-rays.
  • an impermeable area may be made of a higher density material such as metals such as lead.
  • the permeable area(s) can be a recess in the impermeable area of the shielding element.
  • the shielding element can have a single recess or a plurality of recesses.
  • the shielding element has a plurality of recesses, these can all have the same shape or also different shapes; that is, the cavities may all be the same or of different sizes and shapes.
  • the multiple recesses can be arranged regularly or irregularly on the shielding element. In other words, a plurality of recesses on the shielding element can form a regular or irregular (for example random) recess pattern.
  • a permeable area on the shielding element can consist of a material permeable to X-rays.
  • a low density material such as plastic, glass or wood could be used for this.
  • one or more material recesses in the shielding element can be filled with an X-ray transparent material.
  • the shielding element consists of a compact composite material with at least two different materials, one material being transparent to X-rays and the other material being opaque to X-rays.
  • the shielding element itself can have almost any geometric shape.
  • the shielding element should be relative to the detector and thus to the detector elements can be arranged that by means of a defined relative movement between the detector and the shielding a corresponding time-defined change in the effective receiving area of the detector element can be achieved.
  • the X-ray opaque portion of the shielding member may be comb-shaped, i.e. in the form of a comb having a longitudinal portion on which a number of regular or irregular teeth are arranged.
  • the gap between the prongs then corresponds to the X-ray permeable area(s) of the shielding element.
  • the shielding element may be disc-shaped, i.e. in the form of a disc having an outer peripheral portion which may be provided with tines similar to the portion of the comb referred to above, the tines being directed substantially radially outwards from the center of rotation of the disc.
  • a disk-shaped shielding element can have a plurality of marginal permeable areas in the form of recesses which are arranged uniformly or unevenly along the circumference of the disk, ie at the edge.
  • the shielding element could be a coding disk or a spiral disk.
  • the shielding element may be band-shaped, i.e. in the form of a band.
  • One or more transmissive areas can be arranged as recesses in the belt along the longitudinal direction of the belt.
  • the permeable areas can always have the same shape or different shapes and can be arranged regularly or irregularly in the longitudinal direction of the belt.
  • the shielding element may be tubular, i.e. in the form of a tube.
  • the tubular shielding element can be arranged to encompass the row of detectors in its longitudinal direction.
  • one or more permeable areas with the same or different shape can be arranged in the casing of the pipe.
  • a permeable area can also run spirally around the pipe in the longitudinal direction in the pipe jacket.
  • the tube can be cylindrical in the simplest case, but any other tube cross-sections are also possible.
  • the relative movement between the shielding element and the detector can be achieved by rotation, translation and/or a combination of rotational and translational movement of the shielding element and/or the detector.
  • the relative movement between the shielding element and the detector can be a periodic movement, for example an oscillating movement.
  • the above-mentioned comb-shaped shielding element can be arranged in a plane defined by the teeth of the comb, parallel to the receiving surfaces of the detector elements of the detector and can be reversibly shifted between two end positions.
  • the relative movement between a first end position and a second end position can be an oscillating movement. As a result, the effective receiving area of the detector elements is changed cyclically.
  • the above-mentioned disc-shaped shielding element can be arranged to rotate about an axis orthogonal to the receiving surfaces of the detector elements of the detector or to oscillate over a certain angular range relative to the detector.
  • the above-mentioned tubular shielding element can be arranged to rotate about an axis parallel to the longitudinal axis of the detector or, alternatively, to oscillate over a certain angular range relative to the detector.
  • the way in which the relative movement between the shielding element and the detector is configured determines the dynamic change in the effective receiving area of the detector elements of the detector that is caused thereby.
  • the transmissive portion of the shielding element may have a graded profile with respect to a detector element and the configured relative motion between shielding element and detector.
  • stepped profile is understood here in relation to the configured relative movement in which the transmissive region for a particular detector element is configured such that when the shielding element and the at least one detector element are moved relative to one another, the effective X-ray receiving area of the at least one Detector element can be changed accordingly in predetermined stages.
  • the associated detector element is partially shielded or exposed to X-rays, with the effective receiving area being stepwise variable by a specified percentage.
  • the profile of the transmissive region can be stair-stepped with regular or irregular steps.
  • the stair shape can have four equal steps, so that the effective reception area can be changed by 20% each time, from 0% permeability through 20%, 40% and 60% to 80% in succession.
  • a state in which the detector is completely covered or shielded is also possible.
  • An irregular graduation would also be conceivable.
  • the shielding element can be coupled to a first actuator and/or the detector line can be coupled to a second actuator.
  • Mechatronic drive elements can be used as actuators, for example piezoelectric crystal actuators or electromagnetic actuators.
  • the first actuator and/or the second actuator can be coupled to a control unit, which controls both actuators or one of the actuators accordingly.
  • the shielding element can also be designed in such a way that it can be moved from its shielding position to a storage position or parking position, so that the detector elements are no longer shielded. This position of the shielding element can be used to enable conventional X-ray inspection of an inspection object, i.e. with a low resolution but with a higher scanning speed.
  • a second aspect provides an X-ray inspection system with the arrangement according to the first aspect.
  • the x-ray inspection system is set up for transporting an inspection object in a transport direction through the x-ray inspection system.
  • the line direction of the detector is preferably arranged orthogonally to the transport direction, i.e. the scanning direction of the inspection object, so that the transport direction corresponds to the scanning direction for the inspection object.
  • the x-ray inspection system is configured to provide intensity values for x-rays of the respective effective receiving area for x-rays of the at least one detector element for different times when scanning an inspection object.
  • imaging X-ray radiography can be performed for non-destructive inspection of the inspection object.
  • the intensity values provided are based on the detection of the X-rays penetrating the inspection object with the detector of the arrangement of the first aspect.
  • a third aspect of the present disclosure relates to a method for increasing the spatial resolution of an x-ray detector with at least one detector line with at least one detector element.
  • the at least one detector element and a shielding element arranged above the X-ray receiving surface of the at least one detector element are movable relative to one another, whereby the effective X-ray receiving surface of the at least one detector element can be changed.
  • the method of the third aspect the arrangement of the first aspect in an X-ray inspection system of the second aspect.
  • the method of the third aspect has the following steps:
  • the intensity values read out correspond directly to these desired effective active areas (i.e. partial areas) of the detector element for the desired increased resolution.
  • the size of the partial detector elements can additionally or alternatively be further reduced by determining intensity values for virtual small effective areas, which are determined as intermediate values between successive readings of the detector elements.
  • the method can have a further, i.e. fourth, step, in which the intensity values calculated in the third step (chronologically consecutive) are subtracted in order to obtain a virtual intensity value of the X-ray radiation for a partial area of the at least one detector element based on the subtraction in the third step to determine.
  • an additional intensity signal for a virtual (smaller) pixel can be determined by the above-mentioned subtraction of the detected intensities from the real intensity values of the two consecutive sampling times t and t+1.
  • the second area and the first area should overlap or overlap at least in a partial area.
  • the change in the relative arrangement between the shielding element and the at least one detector element can be synchronized with the reading and exposure of the associated detector element to x-rays. This is particularly advantageous when the permeable area of the shielding element has a stepped profile.
  • the exposure of a detector element requires a specific exposure time. Two movements take place during this exposure time: The relative movement between the detector (element) and the shielding element and the movement of the inspection object to be scanned on the Detector aligned X-ray fan. Ideally, these two movements are negligible (slow) compared to the exposure time. Movements that are too fast could lead to blurring in the fluoroscopy image derived from the intensity data. With slow relative movement and slow object movement or high sampling frequency, this problem is negligible.
  • the above-mentioned shielding element with stepped, profiled passage areas has proven itself.
  • the effective exposure areas of the detector elements to be exposed are kept constant over a long period of time and then changed by a predetermined step within a short period of time (i.e. like a step function).
  • the X-ray exposure can then be synchronized with the phases in which the effective exposure area of the detector element is constant. As a result, possibly only a movement of the inspection object then remains as a negative effect.
  • a fourth aspect relates to a processing device for preparing the intensity values provided by the x-ray inspection system of the second aspect, the processing device being set up to carry out the method of the third aspect.
  • the processing device can be integrated into the arrangement of detector and shielding element, so that the detector data provided by the detector corresponds to that of a detector with a correspondingly higher physical resolution.
  • the processing device can also be integrated into a control unit of an X-ray inspection system, so that the detector or image data supplied by the system for evaluation also already have the higher spatial resolution.
  • a fifth aspect of the present disclosure relates to a system consisting of an X-ray inspection system of the second aspect and the processing device of the fourth aspect, the X-ray inspection system being set up to provide the intensity values based on the scanning of an inspection object to the processing device and to the processing device for corresponding data communication connected is.
  • a sixth aspect of the present disclosure relates to a computer program product or a data carrier with the computer program product, the computer program product having a computer program and the software means for performing a method of the third aspect when the computer program is run on a computer, such as the processing device of the fourth aspect .
  • a seventh aspect of the present disclosure relates to a data stream with electronically readable
  • Control signals that can interact with a programmable computer in such a way that when the computer executes the electronically readable control signals, the computer executes a method of the third aspect.
  • FIG. 1a is a simplified perspective representation of the structure of an arrangement for increasing the spatial resolution of an X-ray detector by means of a dynamically variable aperture.
  • Figure 1b is a cross-sectional view through the xy plane of the assembly of Figure 1a.
  • Figure 1c is a functional block diagram of the arrangement for increasing the spatial resolution of the X-ray detector of Figures 1a and 1b.
  • Figure 2 is a simplified perspective view of the structure of an embodiment of the arrangement proposed here.
  • FIG. 3a is a simplified perspective representation of the structure of a further exemplary embodiment of the arrangement proposed here.
  • FIG. 3b illustrates a detail of the representation of FIG. 3b.
  • FIG. 3c is a simplified representation for the determination of a virtual intensity value of the X-ray radiation of a partial area of a detector element in the exemplary embodiment in FIG. 3a.
  • FIG. 4 is a simplified perspective illustration of the structure of a further exemplary embodiment of the arrangement proposed here.
  • FIG. 5 is a simplified perspective illustration of the structure of a further exemplary embodiment of the arrangement proposed here.
  • FIG. 6 is a simplified perspective illustration of the structure of a further exemplary embodiment of the arrangement proposed here.
  • FIG. 7a is a simplified perspective representation of the structure of a further exemplary embodiment of the arrangement proposed here.
  • FIG. 7b is a simplified representation of the determination of a virtual intensity value of detected X-ray radiation of a partial area of the detector elements according to the exemplary embodiment in FIG. 7a.
  • Figure 8a is a block diagram of a system including x-ray inspection equipment and processing apparatus.
  • Figure 8b is a simplified side view of an x-ray inspection system having an arrangement contemplated herein, such as an arrangement of Figures 2-7a.
  • Figure 9 illustrates a method for dynamically increasing the spatial resolution of the x-ray detector.
  • FIGS. 1a and 1b show an arrangement 10 for increasing the spatial resolution of an X-ray detector 20 in a simplified representation.
  • Figures 1 a and 1 b should be preceded by the fact that an xyz coordinate system is shown in the figures for orientation and mutual reference, according to which the longitudinal direction of the detector rows shown always runs in the x direction, while the direction from to the detector elements incident X-rays RX to be detected (represented in simplified form as a bundle of arrows) in the y-direction and ultimately when using the detector lines, a direction corresponding to the scanning direction runs orthogonally to the detector line in the z-direction.
  • the scanning direction usually corresponds to the transport direction TD of an inspection object past the detector line and through an X-ray inspection system (as is shown in simplified form in FIG. 8, for example). That is, the longitudinal direction (x-direction) of the detector proposed here is usually arranged transversely to the scanning direction (z-direction) in the application.
  • Figures 1a and 1b illustrate the structure of an arrangement 10 with an X-ray detector 20 (hereinafter simply detector 20) in the form of a section from a detector line 22.
  • Figure 1a is a simplified perspective view of the arrangement 10 and Figure 1b is, for Illustration of the structure, a projection of an arrangement 10 of Figure 1 a on the xy plane.
  • the detector line 22 consists of detector elements 24 arranged next to one another; For reasons of clarity, only four such elements are shown, with the number in reality not being limited in principle.
  • the detector elements 24 are preferably located on a carrier element 25.
  • each detector element 24 for use in the known dual-energy radiography can each consist of a low-energy X-ray selective low-detector element and a high-energy X-ray selective high detector element, which with respect to detecting X-ray radiation RX are sandwiched one above the other with an intermediate filter layer (e.g. made of copper).
  • an intermediate filter layer e.g. made of copper
  • the detector elements 24 During the scanning of an inspection object, the detector elements 24 generate detector data that are based on the x-rays RX detected in each case.
  • the detector 20 has at least one output channel at which the detected detector data is provided.
  • the detector line 22 is usually arranged transversely to a transport direction TD for an inspection object (eg 116, FIG. 8b) so that the inspection object can be scanned line by line with the x-ray beams RX.
  • the detector 20 can in principle also consist of a plurality of detector rows 22 arranged one behind the other in the transport direction, which then form a two-dimensional detector matrix or a two-dimensional matrix detector; the statements and measures that are explained here using the example of a detector line can be directly transferred to a matrix detector.
  • the assembly 10 further includes a shielding member 30 disposed over the top surface of the detector 20 .
  • the upper surface of the detector 20 is formed by the receiving surfaces 23 of each of the detector elements 24 .
  • the shielding element 30 consists of an area 31 that is impermeable to the X-rays RX, in which the X-rays RX are reflected and/or absorbed there, and an area 32 that is permeable to the X-rays RX, in which the X-rays RX pass through the shielding element with as little influence as possible and onto the receiving surface of the Detector 20 impinge. It should be noted that in FIGS. 1a and 1b there is only one permeable region 32 in the shielding element 30 for a simple explanation of the principle proposed here.
  • the area of the detector element 24 that is hit by the X-rays RX defines the effective receiving area 23'. Since the shielding element 30 and the detector 20 or the detector elements 24 can be moved relative to one another (see the double arrow in FIG. 1a), the effective reception area 23' can be dynamically changed by means of this arrangement.
  • the permeable area 32 of the shielding element 32 thus functions as a dynamic diaphragm for one or more detector elements 24.
  • one permeable area 32 is configured as a rectangular recess 34.
  • the shielding element 30 is displaced relative to the detector elements 24 orthogonally to the beam direction (for example oscillating in the line direction).
  • the effective receiving surface 23' thus corresponds to the parallel projection of the X-rays RX on the upper surface of the detector 20 or on the receiving surface of the detector elements 24.
  • the shape of the effective receiving surface 23' corresponds to the profile or the clear surface of the recess 34.
  • FIG. 1c illustrates the arrangement 10 for increasing the spatial resolution of the detector 20 as a block diagram.
  • the arrangement 10 has the shielding element 30 and the detector 20 which consists of a plurality of detector elements 24 .
  • a control unit 40 controls a first actuator 42 and/or a second actuator 44 to control the relative movement between the shielding element 30 and the detector 20 to be carried out in a particularly deterministic manner.
  • the first actuator 42 is coupled to the shielding element 30 and the second actuator 44 to the detector 20 .
  • the intended relative movement can also only be achieved by means of one of the two actuators 42, 44.
  • a piezoelectric actuator or actuator piezoelectric actuator, for example, can be used as the actuator 42 and/or 44 .
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the arrangement 10 of FIG. 1c.
  • the shielding element 30 is comb-shaped, i.e. has the shape of a comb which can be moved in an oscillating manner in the line direction of the detector (arrow RB) relative to the detector 20 and thus to the detector elements 24 .
  • the shielding element 30 oscillates between a first position P1 and a second position P2.
  • the comb-shaped shielding element 30 is designed in such a way that the teeth or tines of the comb each correspond to an impermeable area 31 and the recesses 34 (i.e. the spaces between the teeth) correspond to the permeable areas 32, with the impermeable areas 31 always being a partial region of the receiving surface of each detector element Shield 24 and the permeable areas 32 are arranged over the rest of the partial region, so that the difference between these two partial regions corresponds to the effective reception area 23' (cf. FIG. 1a).
  • Figures 3a and 3b illustrate a second embodiment of the arrangement 10 of Figure 1c, wherein the shielding element 30 has the shape of a disc.
  • the face of the disc defines a plane parallel to the receiving faces 23 of the detector elements 24 and configured such that the transmissive areas 32 are located as regular recesses 34 extending radially outward from the pivot point along the edge of the disc.
  • the alternation between the areas 31 opaque to X-rays RX and the transparent areas 32 is achieved by rotating (or alternatively oscillating over a certain angular range) the disc about an axis orthogonal to the receiving surfaces 23 of the detector elements 24 .
  • FIG. 3c shows a section of a simplified top view of the disk-shaped shielding element 30 of FIGS. 3a and 3b to illustrate a development of the principle proposed here, by means of which the spatial resolution of the detector can be additionally increased.
  • FIG. 3c only shows the edge of the disk-shaped shielding element 30 in detail, on which impermeable areas 31 and permeable areas 32 alternate, with a relative movement of two recesses 34 arranged at the edge being illustrated over three detector elements 24 of the detector.
  • the detector element 24 arranged in the center is read out at a first point in time t, during which a first (partial) area 24' is irradiated by x-rays RX.
  • the irradiated (partial) area 24' corresponds to the current effective reception area of this detector element 24.
  • the same detector element 24 is then read out at a next, i.e. subsequent, second point in time t+1, during which a second (partial) area 24" is irradiated by x-rays RX. Due to the relative movement between the shielding element 30 and the detector elements 24, the first area 24' does not correspond to the second area 24". The two (partial) areas 24' and 24" overlap.
  • the increase in the physical resolution of a detector element that can be achieved by means of the arrangement proposed here is directly dependent on the size of the regions 32 in the shielding element 30 that are transparent to X-rays. If a further reduction in the area of a pixel is desired, this can be achieved with the subtraction of successively detected real intensity values already described here in the general part in order to determine an intensity value for a virtual (smaller) pixel.
  • the associated intensity values of the X-rays RX detected at times t and t+1 for the first (partial) area 24' and the second (partial) area 24" are first recorded or calculated (if, for example, an integration over a scanning period he follows). The two intensity values are then subtracted from one another in order to use them to determine the virtual intensity value for x-rays RX of the (smaller) partial area 24'' of the detector element 24.
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the arrangement 10 from FIG.
  • the shielding element 30 has a slit running spirally in the longitudinal direction of the tube and in the jacket of the tube, which is transparent to X-rays RX, while the remaining jacket of the tube is opaque to X-rays RX.
  • impermeable areas 31 and permeable areas 32 regularly alternate in the longitudinal direction of the detector line 22.
  • the desired relative movement between the shielding element and the detector and the associated change in the effective receiving areas of the detector elements is achieved by rotating the tube about its axis, which is arranged parallel to the line direction of the detector line 22, and thus about the detector line 22.
  • FIG. 5 illustrates a fourth exemplary embodiment of the arrangement 10 from FIG.
  • the shielding element 30 being wheel-shaped, ie having the shape of a wheel.
  • the shielding element 30 of Figure 5 is designed in such a way that the wheel can be rotated about an axis parallel to the receiving surfaces 23 of the detector elements 24 and consists of a plurality of teeth or tines (similar to those of the crest of Figure 2) extending orthogonally from the plane defined by the wheel from the edge of the wheel. The tines again form the impermeable areas 31 and the spaces between two adjacent tines form the permeable areas 32.
  • Rotation of the wheel about its axis or oscillation of the wheel through a certain angular range about the axis produces the desired relative movement of the tines over the receiving surfaces 23 of the Detector elements 24, so that a corresponding change over time in the effective receiving area of the detector elements is achieved again.
  • FIG. 6 illustrates a fifth exemplary embodiment of the arrangement 10 from FIG. 1c, the shielding element 30 having the shape of a band with a large number of rectangular recesses 34 arranged regularly in the direction of the band.
  • the alternation between the impermeable areas 31 and the permeable areas 32 is achieved by moving the belt around two pulleys 36 .
  • the shielding element 30 can preferably run steplessly in one direction or change the running direction at certain points in time, ie it can also oscillate between two positions.
  • the detector row 22 is arranged under the belt and between the rollers 36 .
  • FIG. 7a shows a sixth exemplary embodiment of the arrangement 10 from FIG. 1c, the shielding element 30 being tubular in a manner similar to that in FIG.
  • the tube in Figure 7a does not have a spiral slot as the area transparent to X-rays, but consists of several sub-elements 33 arranged next to one another in the longitudinal direction and shielding X-rays RX, which in the circumferential direction of the tube have a stepped profile such that the area of the transmissive region for an associated detector element can be changed by rotating the tube.
  • each partial element 33 changes the receiving surface of an associated detector element 24 gradually or in steps.
  • the effective reception area of each detector element 24 is changed accordingly in steps.
  • the sub-elements 33 shielding X-rays RX thus correspond to the impermeable areas 31 and are arranged next to one another in such a way that the permeable areas 32 themselves also have a graded profile.
  • Figure 7b illustrates a gradual or stepped change in the effective receiving area 23 'of a detector element 24 when using an arrangement 10 with a shielding element 30 similar to the shielding element 30 shown in Figure 7a X-ray opaque area shown with five levels each.; of course, more or fewer levels, but also an irregular (eg random) gradation are possible.
  • each detector element 24 there is a correspondingly graded opaque area 31 with five equal gradations.
  • the space between the impermeable areas 31 arranged next to one another corresponds to the respective permeable area 32 of the shielding element 30.
  • each detector element 24 is partially or finally completely shielded and the effective receiving area 23' changes again and again over time by a set percentage (shown here as 20% for illustration) by means of the graded profile.
  • the stepped profile of the impermeable region 31 shown in FIG. 7b can be arranged exactly once or several times in a row along the jacket of the tubular shielding element 30 (cf. FIG. 7a).
  • the opaque area 31 of the shielding element 30 is not yet arranged over the receiving surface of the detector element 24 .
  • the receiving surface of the detector element 24 is completely irradiated by x-rays RX.
  • the impermeable area 31 begins to shield the detector element 24 by 16.7%.
  • the 16.7% step of the opaque region 31 shields the detector element 24 accordingly.
  • the size of the effective receiving area 23' is reduced by 16.7% corresponding to the size of the first stage.
  • the 33.3% level of the opaque area 31 begins to shield the detector element 24 accordingly for the third time period (III) as soon as the 33.3% level of the opaque area 31 moves the detector element 24 by 33, 3% shielded.
  • the method would start again at the first point in time (I) with the 0% step of the step-shaped profiled opaque area 31.
  • the shielding element can also be set up for an oscillating rotational movement between the first and sixth profile sections, so that the process described above would be run through backwards after time section (VI) back to time section (I).
  • the movement of the shielding element 30 is synchronized with the irradiation of the detector elements with x-rays RX.
  • the checkered areas shown on the time line t of Figure 7b illustrate the synchronized activation of the irradiation or exposure of the detector elements 24.
  • the intensity values are accurately measured in the predetermined time intervals (I) to (VI). That is, whenever, for example, a certain profile step of the opaque area 31 shields the receiving surface 23 of the detector element 24 in such a way that the effective receiving surface is constant for the period of time.
  • the exposure is switched off electronically (for example by switching off the radiation source or closing an associated collimator - see Figure 8b).
  • FIG. 8a illustrates a system 400, which essentially consists of an x-ray inspection system 100 and a processing device 300.
  • the processing device 300 interacts with the x-ray inspection system 100 according to the principles described here via a communication connection 410 in order to enable one of the methods presented here for determining the effective spatial resolution of the detector 20 arranged in the x-ray inspection system 100 .
  • an X-ray inspection system 100 is shown in a much simplified manner as an example.
  • the x-ray inspection system 100 has two radiation protection curtains 102, 104, one of which is arranged at an entrance 106 and an exit 108 of a radiation tunnel 110 of the x-ray inspection system 100. Between the radiation protection curtains 102, 104 is within the radiation tunnel 110 a radiation area 112 in which at least one radiation source 114 for ionizing radiation is arranged; for example, an X-ray tube 114a with a collimator 114b for generating an X-ray fan 115 which is aligned with an X-ray detector 20.
  • the x-ray fan can be turned on and off by activating and deactivating x-ray tube 114a and/or shuttering collimator 114b.
  • the X-ray inspection system 100 also has one of the arrangement 10 proposed here in different exemplary embodiments according to the principle explained in FIGS.
  • the arrangement 10 according to the principle of FIG. 2 is shown in FIG. 8b solely for the purpose of illustration.
  • only one detector subassembly 10'' is shown as a portion of the overall detector assembly 10 for ease of illustration.
  • This also corresponds to the implementation in practice, with line or matrix-type detectors in line scanners for line-wise or matrix-wise scanning of inspection objects usually being composed of a corresponding arrangement of a plurality of detector subunits.
  • the detector sub-unit 10" is shown in detail in FIG. 8b as a section of the entire detector arrangement 10, which in the example shown consists of the three detector sub-units 10', 10', 10"".
  • the detector 20 shown is a matrix detector which is two detector elements 24 wide in the scanning direction.
  • a transport device for example a sliding belt conveyor with three sections 118-1, 118-2, 118-3, which promotes the inspection objects through the radiation area 112, is used to transport a piece of luggage 116 as an example of an inspection object in the transport direction TD through the radiation tunnel 110.
  • the line-shaped detector 10 is space-efficiently L-shaped or U-shaped and arranged with its longitudinal direction (i.e. line direction) orthogonal to the transport direction TD, so that the transport direction TD corresponds to the scanning direction of an inspection object.
  • the section of detector 10 formed by a detector subunit 10" in the illustration in Figure 8b consists of the associated matrix detector 20", which corresponds to a section of the entire (matrix) detector line 22, over which a comb-shaped shielding element 30" is arranged.
  • the shielding element 30" is connected to an actuator 42" (for example a piezomechanical actuator), so that the actuator 42" can move the shielding element 30" reciprocally, i.e. in the row direction, as an example of one of the relative movements RB proposed here, in order to Detector elements 24 "to act as a dynamic aperture.
  • the actuator 42" is controlled by a control unit 120 of the X-ray inspection system 100 via a corresponding control connection 120-42.
  • the control unit 120 is set up, synchronized with the relative movement RB of the shielding element 30", to read out the respective detector elements 24" via a readout connection 120-20 and the X-ray fan 115 via a control connection 120-114 by correspondingly activating and deactivating the X-ray tube 114a and/or opening and closing of a radiation output of the collimators 114b on and off.
  • the processing device 300 is essentially set up to carry out at least one of the methods proposed here and to process the detector data recorded with the arrangement 10 .
  • arrangement 10 can alternatively also be such as is shown in simplified form in FIGS. 3-7b, or another arrangement following the principle proposed here.
  • the detector data provided by the X-ray detector 20 and processed by the processing device 300 can be used to generate an X-ray image of the inspection object 116 colored based on material classes with increased spatial resolution, which is displayed to an operator on a screen (not shown) in a manner known per se can.
  • the processing device 300 can be part of the control device 120 of the x-ray inspection system 100 .
  • the processing device 300 can also be located separately from the X-ray inspection system 100 next to it or at a remote location, for example at a central location where the raw detector data from a number of inspection systems 100 are combined and processed centrally there.
  • the arrangement of the processing device 300 in or on the X-ray inspection system 100 or at a distance from it makes no difference to the proposed measures for processing the detector data.
  • the processing unit 300 can also already be part of the arrangement 10 or of the detector 20 .
  • the detector data generated by the detector 20 can then already be processed at the detector 20 in accordance with the measures proposed here.
  • the arrangement 10 proposed here would thus be fundamentally compatible with existing x-ray inspection systems with conventional detector units. This means that with X-ray inspection systems that are otherwise sufficiently structurally identical, an embodiment of the new arrangement 10 proposed here with integrated processing of the detector data can achieve a constant image quality with lower system costs, or alternatively could The spatial resolution of an existing X-ray inspection system can be increased at almost the same system costs.
  • FIG. 9 illustrates the basic structure of a method 200 for determining the spatial resolution of the X-ray detector 20, which can be used, for example, in the arrangement of FIGS. 1a-7b.
  • the method 200 has the following basic steps:
  • the method can also have a step S4, in which the intensity values calculated in step S3 are subtracted in order to calculate an intensity value for a virtual pixel with a correspondingly small area and thus further increase the spatial resolution of the detector as a result.
  • the virtual intensity value of the X-ray radiation RX of a partial area 24'" of the at least one detector element 24 is calculated based on the subtraction that has taken place, with the result being that the virtual intensity value provides detector data for a correspondingly smaller virtual detector element and thus a further increase in the spatial resolution of the detector.

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Abstract

Offenbart ist eine Anordnung (10) aus einem Röntgenstrahlendetektor (20) und einem Röntgenstrahlen (RX) abschirmenden Abschirmelement (30) zur Erhöhung der räumlichen Auflösung des Röntgenstrahlendetektors (20), wobei der Röntgenstrahlendetektor (20) mindestens eine Detektorzeile (22) mit wenigstens einem entlang der Detektorzeile (22) angeordneten Detektorelement (24) aufweist, das Abschirmelement (30) einen oder mehrere für Röntgenstrahlen (RX) undurchlässige Bereiche (31) und mindestens einen für Röntgenstrahlen (RX) durchlässigen Bereich (32) aufweist, das Abschirmelement (30) über der Empfangsfläche (23) für die Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) angeordnet ist, das Abschirmelement (30) und das wenigstens eine Detektorelement (24) relativ zueinander bewegbar sind, sodass die effektive Empfangsfläche für Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) entsprechend veränderbar ist. Weiter sind offenbart eine Röntgeninspektionsanlage (100) mit der Anordnung (10) sowie Verfahren zur Erhöhung der räumlichen Auflösung des in der Anordnung (10) angeordneten Röntgenstrahlendetektors (20) als auch eine Verarbeitungsvorrichtung (300) zur Durchführung der Verfahren und ein System (400) bestehend aus der Röntgeninspektionsanlage (100) und der Verarbeitungsvorrichtung (300).

Description

Röntgenstrahlendetektor mit erhöhter Auflösung, Anordnung und Verfahren hierzu
Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft allgemein die Verbesserung im Sinne einer Erhöhung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors in der bildgebenden zerstörungsfreien Inspektion von Objekten zum Auffinden von Zielgegenständen mittels Röntgenradiographie und im Besonderen eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Erhöhung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors.
Hintergrund
Die folgenden einleitenden Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung dienen lediglich einem besseren Verständnis der nachfolgend beschriebenen Zusammenhänge und stellen nur im Umfang des Inhalts eines genannten zum Zeitpunkt der Anmeldung öffentlich verfügbaren Dokuments Stand der Technik dar.
Es ist bekannt, ein zerstörungsfrei zu inspizierendes Objekt (Inspektionsobjekt) zeilenweisen mittels elektromagnetischer Strahlen, die von einer Strahlenquelle abgegeben werden, abzutasten, wobei Intensitäten der vom Inspektionsobjekt nicht absorbierten Strahlen von einer der Strahlenquelle zugeordneten Detektoranordnung erfasst und anschließend mittels bekannter Algorithmen in einem Computer zur Erzeugung eines Röntgenbilds des Objekts ausgewertet werden.
Bei Röntgeninspektionsanlagen, bei denen ein Inspektionsobjekt mit einer vorbestimmten Transportgeschwindigkeit durch eine Abtastanordnung, die aus einer quer zur Transportrichtung angeordneten Detektorzeile und einen auf die Detektorzeile gerichtete Röntgenstrahlenfächer besteht, für eine zeilenweise Abtastung des Inspektionsobjekts durch den Röntgenstrahlenfächer hindurchgeführt wird, ist die (physikalische) Auflösung eines erzeugten Röntgenbildes im Wesentlichen von der Fläche der einzelnen jeweils einem Bildpunkt (Pixel) entsprechenden Detektorelemente und deren Anzahl pro Längeneinheit oder pro Flächeneinheit der Detektorzeile sowie dem Verhältnis aus Transportgeschwindigkeit des Inspektionsobjekts in Transportrichtung und Auslesefrequenz der Detektorelemente bestimmt.
Die herkömmlichen Röntgeninspektionsanlagen weisen zweidimensionale Röntgenstrahlendetektoren mit einer räumlichen Auflösung auf, die durch eine Bildpunktgröße im Bereich von 0,6 bis 1 ,2 mm beschränkt ist. Dabei werden beispielsweise 800 Bildpunkte auf einer Detektorzeile angeordnet; die Detektorzeile kann aus mehreren Abschnitten, die jeweils von einer zugehörigen Detektoreinheit gebildet sind, bestehen. Kleine Details eines Röntgenbildes können aufgrund der räumlichen Größe des Bildpunktes lediglich verschwommen wahrgenommen werden. Insbesondere können dabei sehr feine Strukturen, wie beispielsweise dünne Drähte, kaum aufgelöst und daher nur schwer erkannt werden.
Um quer zur T ransportrichtung eine höhere räumliche Auflösung (im Sinne von höher als die physikalische Auflösung des Detektors) beim erzeugten Röntgenbild zu erhalten, könnte man die Anzahl der Detektorelemente pro Längen- oder Flächeneinheit entsprechend erhöhen. Dies führt aber zu einer entsprechenden Erhöhung der Systemkosten für den Detektor sowie, da die Erhöhung der Dichte der Detektorelemente eine entsprechende Verringerung der Fläche jedes Detektorelements erfordert, einer Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei den erfassten Detektordaten.
Unabhängig von der räumlichen Auflösung quer zur Transportrichtung könnte die räumliche Auflösung des Röntgenbilds in der der Transportrichtung entsprechenden Abtastrichtung durch eine verringerte Transportgeschwindigkeit und/oder eine erhöhte Auslesefrequenz erreicht werden. Ersteres wirkt sich nachteilig auf den Durchsatz der an der Röntgeninspektionsanlagen kontrollierten Inspektionsobjekte aus, zweiteres verschlechtert wieder das Signal-Rausch-Verhältnis.
JP 2007-215929 A1 zeigt ein medizinisches Röntgengerät mit einem beweglichen Bucky-Gitter über dem Detektor. Das Bucky-Gitter wird abwechselnd in eine erste Richtung und in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt, wobei sichergestellt wird, dass die Position, bei der die Bewegungsgeschwindigkeit des Gitters null wird, d.h. der Umkehrpunkt der Bewegung, immer an einer anderen Position liegt, um Bildstörungen zu vermeiden, die auf das Gitter in der Position des Umkehrpunkts zurückgehen. Eine Anordnung für denselben Zweck zeigt die FR 2 869 789 A1 , die ebenfalls ein medizinisches Röntgengerät betrifft, wobei zur Entfernung von gestreuten Röntgenstrahlen in Bezug auf die Röntgenstrahlen, die wunschgemäß das Durchleuchtungsbild auf einem Detektor abbilden, mindestens zwei Bucky-Scheiben, die aus einer in Umfangsrichtung verlaufenden Folge von sich abwechselnden für Röntgenstrahlen dichten Sektoren und für Röntgenstrahlen durchlässigen Sektoren bestehen und die koaxial zur Brennweite der Röntgenstrahlung angeordnet sind, zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und einem Patienten bzw. zwischen dem Röntgentisch und dem Detektor im Strahlengang angeordnet und synchronisiert um ihre Achse gedreht werden.
US 2009/0285353 A zeigt ein Array-CT-Scansystem genanntes Röntgengerät zum Scannen von Objekten mit mehreren Röntgenstrahlenfächern. Ein Förderband ist konfiguriert, Gepäck als Inspektionsobjekte durch einen Tunnel zu transportieren. Mehrere Röntgenquelle sind vorgesehen und konfiguriert, den Tunnel mit verschiedenen Röntgenstrahlenfächern zu durchstrahlen, wobei jeweils Detektoren zur Erfassung der Fächerstrahlen angeordnet sind. Ein Bildverarbeitungssystem ist konfiguriert, in Abhängigkeit von den von den Detektoren empfangenen Informationen 3D-Bilder eines abgetasteten Inspektionsobjekts durch Interpolation der Abtastdaten zu erzeugen. Ein Bediener kann die Bilddaten manipulieren und das Inspektionsobjekt drehen, um darin befindliche Gegenstände zu erkennen.
Zusammenfassung der Offenbarung
Es ist eine mögliche Aufgabe, die räumliche Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors im Sinne einer
Erhöhung der Auflösung im Vergleich zur physikalischen Auflösung des Röntgenstrahlendetektors zu verbessern, ohne dazu die Anzahl der Detektorelemente des Detektors pro Längen- bzw. Flächeneinheit erhöhen zu müssen.
Beispielsweise wäre es eine Verbesserung für einen Röntgenstrahlendetektor (im Folgenden kurz „Detektor“ genannt), wenn bei gleichbleibender Anzahl von Detektorelementen aus den mit dem Detektor erfassten Detektordaten ein Röntgenbild mit einer höheren räumlichen Auflösung in der Bildrichtung orthogonal zu der und/oder längst der Abtastrichtung abgeleitet werden kann.
Die oben genannte Aufgabe kann mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 betreffend eine Anordnung zur Erhörung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors gelöst werden. Weitere Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Den folgenden Ausführungen sei vorausgeschickt, dass auch wenn im Rahmen der vorliegenden Offenbarung und den einzelnen dazu erläuterten Ausführungsformen immer von Röntgenstrahlen die Rede ist, diese lediglich als Beispiel für elektromagnetische oder ionisierende Strahlung dienen; d.h. dem Fachmann ist klar, dass sich die hier vorgestellten Prinzipien auch bei anderer Strahlung als Röntgenstrahlung anwenden lässt.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine zeitliche Veränderung der effektiven Empfangsfläche eines Detektorelements für Röntgenstrahlen und ein entsprechendes Abtasten (Auslesen) dieser jeweiligen voneinander verschiedenen Empfangsflächen sich vorteilhaft für eine Verbesserung der räumlichen Auflösung nutzen lässt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die räumliche Auflösung des Detektors damit in Richtung der Detektorzeile und/oder orthogonal zu der Detektorzeile ohne Erhöhung der Gesamtanzahl der Detektorelemente vergrößert werden kann.
Der Kerngedanke der hier vorgeschlagenen Lösung besteht in der minimalen Ausführung in einer Anordnung aus einem Detektorelement und einem zugehörigen Abschirmelement, vermittels dem die effektive Empfangsfläche des Detektorelements für Röntgenstrahlen durch ein zeitlich veränderliches Abschatten (z.B. durch Absorption oder Reflexion) der Empfangsfläche durch das Röntgenstrahlen abschirmende Abschirmelement verändert werden kann. Damit kann die effektive räumliche Auflösung des Detektorelements erhöht werden. Im Besonderen ist das Abschirmelement derart gestaltet, dass damit die effektive Empfangsfläche des Detektorelements für einfallende Röntgenstrahlen verändert werden kann; das Abschirmelement hat somit die Funktion einer dynamischen Blende.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Anordnung aus einem Röntgenstrahlendetektor und einem Röntgenstrahlen abschirmenden Abschirmelement zur Verwendung in einer Röntgeninspektionsanlage (beispielsweise eine gemäß dem unten beschrieben zweiten Aspekt), die zur Durchführung eines Verfahren zur Röntgenradiographie eines Inspektionsobjekts eingerichtet ist, bereitgestellt. Hierbei weist der Röntgenstrahlendetektor mindestens eine Detektorzeile mit wenigstens einem (bevorzugt einer Vielzahl von) entlang der Detektorzeile angeordneten Detektorelement(en) auf.
Es sei angemerkt, dass die Detektorzeile auch aus mehreren Abschnitten bestehen kann, die jeweils aus einer entsprechenden Sub-Detektorzeile bestehen, zusammengesetzt sein kann.
In Zusammenhang mit der hier vorgeschlagenen Anordnung sei unter „zeilenförmig“ zunächst verstanden, dass der Detektor für eine Erfassung von Detektordaten für eine Vielzahl von Bildpunkten in Längsrichtung des Detektors (d.h. orthogonal zur Abtast- oder Transportrichtung des Inspektionsobjekts) und für eine geringere Anzahl von Bildpunkten, aber mindestens für einen Bildpunkt, orthogonal zur Längsrichtung (d.h. in Abtast- oder Transportrichtung des Inspektionsobjekts) eingerichtet ist.
In der einfachsten Ausführung weist der Detektor damit eine Zeile mit einer bestimmten Anzahl N von Detektorelementen in Längsrichtung der Zeile auf (beispielsweise N=n) und weist orthogonal zur Zeile eine Anzahl M=1 auf, d.h. ist genau ein einziges Detektorelement breit. D.h., die Detektorzeile ist ein Spezialfall einer Detektormatrix mit NxM Detektorelementen, wobei N=n und M=1 gilt.
Grundsätzlich kann der Detektor in der Richtung orthogonal zur Längsrichtung (also in Abtastrichtung oder Transportrichtung des Inspektionsobjekts) auch mit M>1 mehr als ein Detektorelement aufweisen, d.h. der Detektor ist dann eine Detektormatrix mit NxM Detektorelementen. Die hier anhand einer Detektorzeile (N=n und M=1) vorgeschlagenen Prinzipien sind für einen Matrixdetektor (N=n und M=m mit m<>1) entsprechend anwendbar und können die räumliche Auflösung dort noch weiter erhöhen.
Das Abschirmelement ist (in Richtung eines einfallenden Röntgenstrahls) vor der Empfangsfläche für die Röntgenstrahlen des wenigstens einen Detektorelements angeordnet und weist einen oder mehrere für die Röntgenstrahlen undurchlässigen Bereiche und mindestens einen für die Röntgenstrahlen durchlässigen Bereich auf. Ein für die Röntgenstrahlen undurchlässiger Bereich kann beispielsweise erreicht werden, indem das Material des Abschirmelements einfallende Röntgenstrahlen absorbiert und/oder reflektiert.
In der hier vorgeschlagenen Anordnung sind das Abschirmelement und das wenigstens eine Detektorelement relativ zueinander bewegbar, sodass die effektive Empfangsfläche für die Röntgenstrahlen des wenigstens einen Detektorelements entsprechend zeitlich veränderbar ist. Im Ergebnis fungiert das Abschirmelement zusammen mit der Relativbewegung als eine dynamische Blende für das Detektorelement.
Mit der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt kann der abgeschirmte Bereich der Empfangsfläche des Detektorelements und somit die wirksame (effektive) Empfangsfläche des Detektorelements über der Zeit (zeitlich) verändert werden, sodass ein Abtasten verschiedener Bereiche der Fläche desselben Detektorelements möglich wird. Da durch die beabsichtigte zeitlich veränderliche Abschattung die effektive Empfangsfläche des Detektorelements kleiner als die tatsächliche maximale Empfangsfläche des Detektorelements ist, erhöht sich die mit dem Detektorelement erzielbare Auflösung entsprechend.
Theoretisch kann mittels der vorgeschlagenen Anordnung eine nahezu beliebig hohe Auflösung des Röntgenstrahlendetektors erreicht werden, indem die Auslesefrequenz des Detektorelements, die relative Bewegung zwischen dem Detektorelement und dem Abschirmelement sowie die Bewegung des Inspektionsobjekts entsprechend aufeinander abgestimmt werden.
Unter der „(maximalen) Empfangsfläche“ wird hier die maximale Fläche eines Detektorelements verstanden, auf welche die Röntgenstrahlen einfallen und dort eine zugehörige Bestrahlungsstärke erzeugen, woraus messtechnisch oder rechnerisch ein den empfangenen Röntgenstrahlen jeweils zugehöriger Intensitätswerte ermittelt werden kann.
Unter der „wirksamen (effektiven) Empfangsfläche“ eines Detektorelements sei hier die Fläche des Detektorelements verstanden, auf die bei der vorgeschlagenen Anordnung aufgrund der mittels des Abschirmelements bewirkten Abschattung zu erfassende Röntgenstrahlen, die das Inspektionsobjekt durchlaufen haben, einfallen. Mit anderen Worten entspricht die „effektive Empfangsfläche“ des Detektorelements der Teilfläche der (maximalen) Empfangsfläche, die gerade nicht durch das Abschirmelement abgeschirmt wird. Daher kann die „effektive Empfangsfläche“ kleiner als die oder gleich der (maximalen) Empfangsfläche des Detektorelements sein.
Es versteht sich, dass eine „relative Bewegung“ zwischen dem Abschirmelement und dem wenigstens einen Detektorelement auf verschiedene Weise erreicht werden kann, indem beispielsweise das Abschirmelement feststeht und der Detektor bewegt wird, oder, indem das Abschirmelement bewegt wird und der Detektor feststeht, oder, indem sowohl das Abschirmelement als auch der Detektor relativ zueinander bewegt werden.
In bestimmungsgemäßer Anordnung bei der Abtastung eines Inspektionsobjekts mit Röntgenstrahlen wird der Detektor der hier vorgeschlagenen Anordnung des ersten Aspekts mit der Zeilenrichtung bevorzugt orthogonal zur Abtastrichtung des Inspektionsobjekts angeordnet, damit das Inspektionsobjekt zeilenweise abgetastet werden kann. Dabei ist es bevorzugt, dass keine Bewegung des Inspektionsobjekts in Richtung der bewirkten Auflösungserhöhung stattfindet.
Das Abschirmelement kann einen oder mehrere für die Röntgenstrahlen undurchlässige Bereiche (im Folgenden kurz „undurchlässiger Bereich“ genannt) und einen oder mehrere für die Röntgenstrahlen durchlässige Bereiche (im Folgenden kurz „durchlässiger Bereich“ genannt) aufweisen. Das Abschirmelement zeigt somit wenigstens einen Wechseln zwischen wenigstens einem undurchlässigen Bereich und mindestens einem durchlässigen Bereich. Entsprechend der Überschneidung von durchlässigem Bereich und Empfangsfläche des Detektorelements, ist ein Durchgang der Röntgenstrahlen zum Detektorelement und somit ein entsprechendes Erfassen von einfallenden Röntgenstrahlen möglich.
Grundsätzlich kann der (oder die) durchlässige(n) Bereich(e) des Abschirmelements jede beliebige Form und Größe aufweisen. Beispielsweise kann das Abschirmelement ein regelmäßiges oder ein unregelmäßiges Muster aufweisen, das durch die durchlässigen und undurchlässigen Bereiche gebildet ist. Ein unregelmäßiges Muster könnte beispielsweise ein Zufallsmuster sein.
In jedem Zeitpunkt bestimmt die Schnittmenge aus der Form und der Größe des durchlässigen Bereiches des Abschirmelements sowie der Form und der Größe der Empfangsfläche des Detektorelements zusammen die aktuelle effektive Empfangsfläche des Detektorelements.
Bevorzugt besteht der (oder die) undurchlässige(n) Bereich(e) des Abschirmelements aus einem Material, das für Röntgenstrahlen undurchlässig ist, d.h. diese absorbiert. Beispielweise kann ein undurchlässiger Bereich aus einem Material mit einer höheren Dichte, wie z.B. Metalle, wie Blei, bestehen.
In der einfachsten Ausführung kann der (oder die) durchlässige(n) Bereich(e) eine Ausnehmung in dem undurchlässigen Bereich des Abschirmelements sein. Wie oben bereits beschrieben, kann das Abschirmelement eine einzige oder mehrere Ausnehmungen aufweisen.
Wenn das Abschirmelement mehrere Ausnehmungen aufweist, können diese alle die gleiche Form oder auch unterschiedliche Formen aufweisen; d.h., die Ausnehmungen können alle gleich oder mit unterschiedlichen Größen und Formen ausgestaltet sein. Die mehreren Ausnehmungen können regelmäßig oder unregelmäßig an dem Abschirmelement angeordnet sein. Mit anderen Worten können mehrere Ausnehmungen an dem Abschirmelement ein regelmäßiges oder unregelmäßiges (beispielsweise in zufälliges) Ausnehmungsmuster bilden.
Alternativ zu einer materiellen Ausnehmung, kann ein durchlässiger Bereich an dem Abschirmelement aus einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material bestehen. Zum Beispiel könnte dafür ein Material mit einer niedrigen Dichte, wie z.B. ein Kunststoff, Glass oder Holz verwendet werden.
Beispielsweise können eine oder mehrere materielle Ausnehmungen in dem Abschirmelement mit einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material gefüllt werden. In diesem Fall besteht das Abschirmelement aus einem kompakten Verbundwerkstoff mit mindestens zwei verschiedenen Materialien, wobei das eine Material für Röntgenstrahlen durchlässig ist und das andere Material für Röntgenstrahlen undurchlässig ist.
Das Abschirmelement selbst kann nahezu jede beliebige geometrische Form aufweisen. Das Abschirmelement sollte sich jedenfalls relativ zu dem Detektor und somit zu den Detektorelementen so anordnen lassen, dass vermittels einer definierten Relativbewegung zwischen dem Detektor und dem Abschirmelement eine entsprechend zeitlich definierte Veränderung der effektiven Empfangsfläche des Detektorelements erreicht werden kann.
Der für Röntgenstrahlen undurchlässige Teil des Abschirmelements kann zum Beispiel kammförmig sein, d.h. die Form eines Kammes mit einem Längsteil, an dem eine Anzahl regelmäßiger oder unregelmäßiger Zinken angeordnet sind, aufweisen. Der Zwischenraum zwischen den Zinken entspricht dann dem für Röntgenstrahlen durchlässigen Bereich(en) des Abschirmelements. Wird dieses kammförmige Abschirmelement mit seiner Längsrichtung in Richtung der Zeilenrichtung des Detektors ausgerichtet mit den Zinken über dem Detektor angeordnet, bilden die Zinken des Kammes die undurchlässigen Bereiche und die Zwischenräume zwischen den Zinken die durchlässigen Bereichen des Abschirmelements.
Alternativ kann das Abschirmelement scheibenförmig sein, d.h. die Form einer Scheibe mit einem Außenrandbereich aufweisen, der ähnlich dem Bereich des oben genannten Kamms mit Zinken ausgestaltet sein kann, wobei die Zinken im Wesentlichen radial vom Drehpunkt der Scheibe nach außen gerichtet sind. Dazu kann ein scheibenförmiges Abschirmelement mehrere randständige durchlässige Bereichen in Form von Ausnehmungen aufweisen, die gleichmäßig oder ungleichmäßige entlang des Umfangs der Scheibe, also am Rand, angeordnet sind. Beispielsweise könnte das Abschirmelement eine Kodierscheibe oder eine Spiralscheibe sein.
Alternativ kann das Abschirmelement bandförmig sein, d.h. die Form eines Bandes aufweisen. Ein oder mehrere durchlässige Bereiche können als Ausnehmungen entlang der Längsrichtung des Bandes in dem Band angeordnet sein. Auch hier können die durchlässigen Bereich immer die gleiche Form oder unterschiedliche Formen aufweisen sowie regelmäßig oder unregelmäßig in Längsrichtung des Bandes angeordnet sein.
Alternativ kann das Abschirmelement rohrförmig sein, d.h. die Form eines Rohrs aufweisen. Das rohrförmige Abschirmelement kann in seiner Längsrichtung die Detektorzeile umfassend angeordnet werden. Ähnlich wie bei dem bandförmigen Abschirmelement, können ein oder mehrere durchlässige Bereiche mit gleicher oder unterschiedlicher Form im Mantel des Rohrs angeordnet sein. Alternativ kann auch ein durchlässiger Bereich spiralförmig um das Rohr herum in Längsrichtung im Rohrmantel verlaufen. Beispielsweise kann das Rohr im einfachsten Fall zylinderförmig sein, aber auch beliebig andere Rohrquerschnitte sind möglich.
Die Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement und dem Detektor kann durch Rotation, Translation und/oder eine Kombination aus Rotations- und Translationsbewegung des Abschirmelements und/oder des Detektor erreicht werden. Die Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement und dem Detektor kann eine periodische Bewegung, beispielsweise eine oszillierende Bewegung sein.
Zum Beispiel kann das o.g. kammförmige Abschirmelement in einer Ebene, die von den Zinken des Kamms definiert ist, parallel zu den Empfangsflächen der Detektorelemente des Detektors angeordnet sein und zwischen zwei Endpositionen reversibel verschiebbar sein. Die Relativbewegung zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition kann eine oszillierende Bewegung sein. Im Ergebnis wird die effektive Empfangsfläche der Detektorelemente damit zyklisch verändert.
Beispielsweise kann das o.g. scheibenförmige Abschirmelement um eine Achse orthogonal zu den Empfangsflächen der Detektorelemente des Detektors rotierend oder über einen bestimmten Winkelbereich oszillieren relativ zum Detektor angeordnet sein.
Beispielsweise kann das o.g. rohrförmige Abschirmelement um eine Achse parallel zur Längsachse des Detektors rotierend oder alternativ über einen bestimmten Winkelbereich oszillierend relativ zum Detektor angeordnet sein.
Die Art und Weise wie die Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement und dem Detektor konfiguriert ist, insbesondere betreffend die Bewegungsgeschwindigkeit, wird die damit bewirkte dynamische Veränderung der effektiven Empfangsfläche der Detektorelemente des Detektors bestimmt.
Der durchlässige Bereich des Abschirmelements kann mit Bezug auf ein Detektorelement und die konfigurierte Relativbewegung zwischen Abschirmelement und Detektor ein abgestuftes Profil aufweisen.
Das Merkmal „abgestuftes Profil“ wird hier in Bezug auf die konfigurierte Relativbewegung verstanden, indem der durchlässige Bereich für ein bestimmtes Detektorelement so konfiguriert ist, dass wenn das Abschirmelement und das wenigstens eine Detektorelement relativ zueinander bewegt werden, die effektive Empfangsfläche für Röntgenstrahlen des wenigstens einen Detektorelements entsprechend in vorbestimmten Stufen veränderbar ist.
Basierend auf jeder entsprechenden Stufe, wird das zugehörige Detektorelement teilweise abgeschirmt bzw. von Röntgenstrahlen bestrahlt, wobei die effektive Empfangsfläche stufenweise um einen bestimmten Prozentsatz veränderbar ist. Zum Beispiel kann das Profil des durchlässigen Bereiches treppenförmig mit gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Stufen sein.
Beispielsweise kann die Treppenform vier gleichmäßige Stufen aufweisen, sodass die effektive Empfangsfläche jeweils um 20%, von 0% Durchlässigkeit über 20%, 40% und 60% nacheinander auf 80% verändert werden kann. Auch ein Zustand mit einer vollständigen Verdeckung bzw. Abschirmung des Detektors ist möglich. Ebenso wäre auch eine unregelmäßige Abstufung denkbar. Um die Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement und dem wenigstens einen Detektorelement zu ermöglichen, kann das Abschirmelement mit einem ersten Aktuator und/oder die Detektorzeile mit einem zweiten Aktuator gekoppelt sein. Als Aktuatoren können mechatronische Antriebselemente eingesetzt werden, beispielsweise Piezokristall-Aktuatoren oder elektromagnetische Aktuatoren.
Der erste Aktuator und/oder der zweite Aktuator können für die Erzeugung der Relativbewegung mit einer Steuereinheit gekoppelt sein, welche beide Aktuatoren oder einen der Aktuator entsprechend steuert.
Das Abschirmelement kann außerdem derart ausgestaltet sein, dass es von seiner abschirmenden Position hin zu einer Abstellposition oder Parkposition bewegt werden kann, sodass die Detektorelemente nicht mehr abgeschirmt sind. Diese Position des Abschirmelements kann verwendet werden, um eine herkömmliche Röntgeninspektion eines Inspektionsobjekts zu ermöglichen, d.h. mit einer niedrigen Auflösung, aber mit einer höheren Abtastungsgeschwindigkeit.
Ein zweiter Aspekt stellt eine Röntgeninspektionsanlage mit der Anordnung gemäß dem ersten Aspekt bereit.
Die Röntgeninspektionsanlage ist für einen Transport eines Inspektionsobjekts in einer Transportrichtung durch die Röntgeninspektionsanlage eingerichtet. Die Zeilenrichtung des Detektors ist bevorzugt orthogonal zu der Transportrichtung, d.h. der Abtastrichtung des Inspektionsobjekts angeordnet, sodass die Transportrichtung der Abtastrichtung für das Inspektionsobjekt entspricht. Die Röntgeninspektionsanlage ist konfiguriert, Intensitätswerte für Röntgenstrahlen der jeweiligen effektiven Empfangsfläche für Röntgenstrahlen des wenigstens einen Detektorelements für verschiedene Zeitpunkte bei der Abtastung eines Inspektionsobjekts bereitzustellen.
Mit der Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts kann eine bildgebende Röntgenradiographie für eine zerstörungsfreie Inspektion des Inspektionsobjekts durchgeführt werden. Die bereitgestellten Intensitätswerte basieren auf dem Erfassen der das Inspektionsobjekt durchdringenden Röntgenstrahlen mit dem Detektor der Anordnung des ersten Aspekts.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors mit mindestens einer Detektorzeile mit wenigstens einem Detektorelement. Im Besonderen sind das wenigstens eine Detektorelement und ein über der Empfangsfläche für die Röntgenstrahlen des wenigstens einen Detektorelements angeordnetes Abschirmelement relativ zueinander bewegbar, wodurch die effektive Empfangsfläche für die Röntgenstrahlen des wenigstens einen Detektorelements verändert werden kann. Bevorzugt verwendet das Verfahren des dritten Aspekts die Anordnung des ersten Aspekts in einer Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts. Das Verfahren des dritten Aspekts weist die folgenden Schritte auf:
Einen ersten Schritt mit erstem Auslesen des wenigstens einen Detektorelements zu einen ersten Zeitpunkt t, währenddessen ein erster effektiver Bereich des wenigstens einen Detektorelements von Röntgenstrahlen bestrahlt wurde.
Einen zweiten Schritt mit zweitem Auslesen des wenigstens einen Detektorelements zu einen zweiten Zeitpunkt t+1 , währenddessen ein zweiter effektiver Bereich des wenigstens einen Detektorelements von Röntgenstrahlen bestrahlt wurde.
Einen dritten Schritt mit Berechnen zugehöriger Intensitätswerte der Röntgenstrahlung für den ersten effektiven Bereich beim ersten Zeitpunkt t und den zweiten effektiven Bereich beim zweiten Zeitpunkt t+1.
Falls ein durchlässiger Bereich des Abschirmelements so gestaltet ist, dass er bereits klein genug ist, d.h. die gewünschte Teildetektorelementgröße aufweist, entsprechen die ausgelesenen Intensitätswerte direkt diesen gewünschten effektiven Wirkflächen (also Teilflächen) des Detektorelements für die gewünschte erhöhte Auflösung wieder.
Bei Bedarf können die Teildetektorelementgröße zusätzlich oder alternativ dadurch weiter reduziert werden, indem Intensitätswerte für virtuelle kleine Wirkflächen bestimmt werden, die als Zwischenwerte zwischen aufeinanderfolgenden Auslesungen der Detektorelemente bestimmt werden. Zu diesem Zweck kann das Verfahren einen weiteren, also vierten, Schritt aufweisen, in dem die im dritten Schritt (zeitlich aufeinanderfolgenden) berechneten Intensitätswerte subtrahiert werden, um so einen virtuellen Intensitätswert der Röntgenstrahlung für eine Teilfläche des wenigstens einen Detektorelements basierend auf der Subtraktion im dritten Schritt zu bestimmen. Im Ergebnis kann so mittels des vierten Schritts ein zusätzliches Intensitätssignal für ein virtuelles (kleineres) Pixel durch die o.g. genannte Subtraktion der erfassten Intensitäten aus den realen Intensitätswerten der zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten t und t+1 bestimmt werden. Der zweite Bereich und der erste Bereich sollten sich mindestens in einem Teilbereich überlagern bzw. überlappen.
Die Veränderung der relativen Anordnung zwischen dem Abschirmelement und dem wenigstens einen Detektorelement kann mit dem Auslesen und der Belichtung des zugehörigen Detektorelements mit Röntgenstrahlen synchronisiert werden. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn der durchlässige Bereich des Abschirmelements ein abgestuftes Profil aufweist.
Die Belichtung eines Detektorelements benötigt eine bestimmte Belichtungszeit. Während dieser Belichtungszeit finden zwei Bewegungen statt: Die Relativbewegung zwischen dem Detektor(element) und dem Abschirmelement sowie die Bewegung des abzutastenden Inspektionsobjekts im auf den Detektor ausgerichteten Röntgenstrahlfächer. Idealerweise sind diese beiden Bewegungen im Vergleich zur Belichtungszeit vernachlässigbar (langsam). Zu schnelle Bewegungen könnten zu Verwaschungen im aus den Intensitätsdaten abgeleiteten Durchleuchtungsbild führen. Bei langsamer Relativbewegung und langsamer Objektbewegung oder hoher Abtastfrequenz ist dieses Problem vernachlässigbar.
Zur Reduktion eines negativen Effekts der Relativbewegung auch bei längeren Belichtungszeiten, hat sich das oben genannte Abschirmelement mit stufenförmigen profilierten Durchlassbereichen bewährt. Dabei werden zu belichtende effektive Belichtungsbereiche der Detektorelemente über längere Zeit konstant gehalten und dann innerhalb kurzer Zeit (d.h. sprungfunktionsartig) um eine vorbestimmte Stufe verändert. Die Belichtung mit Röntgenstrahlen kann dann synchronisiert mit den Phasen, in denen die effektive Belichtungsfläche des Detektorelements konstant ist, erfolgen. Im Ergebnis verbleibt dann ggf. nur noch eine Bewegung des Inspektionsobjekts als negativer Effekt.
Ein vierter Aspekt betrifft eine Verarbeitungsvorrichtung zur Aufbereitung der von der Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts bereitgestellten Intensitätswerte, wobei die Verarbeitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens des dritten Aspekts eingerichtet ist. In einer bestimmten Ausführung kann die Verarbeitungsvorrichtung in die Anordnung aus Detektor und Abschirmelement integriert sein, sodass die von dem Detektor bereitgestellten Detektordaten denen eines Detektors mit einer entsprechend höheren physikalischen Auflösung entsprechen. Die Verarbeitungsvorrichtung kann alternativ auch in eine Steuereinheit einer Röntgeninspektionsanlage integriert werden, sodass die die von der Anlage zur Auswertung gelieferten Detektor oder Bilddaten ebenfalls bereits die höhere räumliche Auflösung aufweisen.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System bestehend aus einer Röntgeninspektionsanlage des zweiten Aspekts und der Verarbeitungsvorrichtung des vierten Aspekts, wobei die Röntgeninspektionsanlage zur Bereitstellung der Intensitätswerte basierend auf der Abtastung eines Inspektionsobjekts an die Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist und dazu mit der Verarbeitungsvorrichtung für eine entsprechende Datenkommunikation verbunden ist.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogrammprodukt oder einen Datenträger mit dem Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein Computerprogramm und das Softwaremittel zur Durchführung eines Verfahrens des dritten Aspekts aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, wie beispielsweise der Verarbeitungsvorrichtung des vierten Aspekts, ausgeführt wird.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen Datenstrom mit elektronisch lesbaren
Steuersignalen, die mit einem programmierbaren Computer derart interagieren können, dass wenn der Computer die elektronisch lesbaren Steuersignale ausführt, der Computer ein Verfahren des dritten Aspekts durchführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der her vorgeschlagenen Lösung(en) ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination wesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe „links“, „rechts“, „oben“ und „unten“ beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung oder normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließend zu verstehen, sondern haben beispielhaften Charakter zur Erläuterung der hier vorgeschlagenen Lösung. Die detaillierte Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden bei der Beschreibung bekannte Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis der Beschreibung nicht zu erschweren.
Figur 1a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus einer Anordnung zur Erhöhung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors vermittels einer dynamisch veränderlichen Blende.
Figur 1 b ist eine Ansicht des Querschnitts durch die xy-Ebene der Anordnung der Figur 1 a.
Figur 1 c ist ein funktionelles Blockdiagramm der Anordnung zur Erhöhung der räumlichen Auflösung des Röntgenstrahlendetektors der Figuren 1a und 1 b.
Figur 2 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der hier vorgeschlagenen Anordnung.
Figur 3a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels der hier vorgeschlagenen Anordnung.
Figur 3b veranschaulicht ein Detail der Darstellung der Figur 3b.
Figur 3c ist eine vereinfachte Darstellung für die Bestimmung eines virtuellem Intensitätswertes der Röntgenstrahlung einer Teilfläche eines Detektorelements bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3a.
Figur 4 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels der hier vorgeschlagenen Anordnung.
Figur 5 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels der hier vorgeschlagenen Anordnung.
Figur 6 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels der hier vorgeschlagenen Anordnung.
Figur 7a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels der hier vorgeschlagenen Anordnung.
Figur 7b ist eine vereinfachte Darstellung der Bestimmung eines virtuellem Intensitätswertes erfasster Röntgenstrahlung einer Teilfläche der Detektorelemente gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 7a. Figur 8a ist ein Blockdiagram eines Systems mit einer Röntgeninspektionsanlage und einer Verarbeitungsvorrichtung.
Figur 8b ist eine vereinfachte Seitenansicht einer Röntgeninspektionsanlage mit einer hier vorgeschlagenen Anordnung, wie beispielsweise einer Anordnung der Figuren 2-7a.
Figur 9 veranschaulicht ein Verfahren zur dynamischen Erhöhung der räumlichen Auflösung des Röntgenstrahlendetektors.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Figuren 1 a und 1 b zeigen eine Anordnung 10 zur Erhöhung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors 20 in einer vereinfachten Darstellung.
Der Beschreibung der Figuren 1 a und 1 b sei vorausgeschickt, dass in den Figuren zur Orientierung und gegenseitigen Bezugnahme jeweils ein xyz-Koordinatensystem angetragen ist, gemäß dem die Längsrichtung der dargestellten Detektorzeilen immer in x-Richtung verläuft, während die Richtung von auf die Detektorelemente einfallenden zu erfassenden Röntgenstrahlen RX (vereinfacht als Pfeilbündel dargestellt) in y-Richtung verläuft und letztlich bei Verwendung der Detektorzeilen eine der Abtastrichtung entsprechende Richtung orthogonal zur Detektorzeile in z-Richtung verläuft. Die Abtastrichtung entspricht üblicherweise der Transportrichtung TD eines Inspektionsobjekts vorbei an der Detektorzeile und durch eine Röntgeninspektionsanlage (wie sie z.B. in Figur 8 vereinfacht dargestellt ist). D.h., die Längsrichtung (x-Richtung) des hier vorgeschlagenen Detektors ist üblicherweise in der Anwendung quer zu der Abtastrichtung (z-Richtung) angeordnet.
Die Figuren 1 a und 1 b veranschaulichen den Aufbau einer Anordnung 10 mit einem Röntgenstrahlendetektor 20 (nachfolgend kurz Detektor 20) in Form eines Ausschnitts aus einer Detektorzeile 22. Figur 1 a ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung der Anordnung 10 und Figur 1 b ist, zur Veranschaulichung des Aufbaus, eine Projektion einer Anordnung 10 der Figur 1 a auf die xy-Ebene.
Die Detektorzeile 22 besteht aus nebeneinander angeordneten Detektorelementen 24; aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur vier solcher Elemente gezeigt, wobei der Anzahl in der Realität im Prinzip keine Grenzen gesetzt sind. Vorzugsweise liegen die Detektorelemente 24 auf einem Trägerelement 25.
Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, kann jedes Detektorelement 24 für die Verwendung in der bekannten Dual-Energie-Radiographie jeweils aus einem für niederenergetische Röntgenstrahlen selektiven Low-Detektorelement und einem für hochenergetische Röntgenstrahlen selektiven High-Detekto- relement bestehen, die in Bezug auf zu erfassende Röntgenstrahlung RX sandwichartig mit einer dazwischen liegenden Filterschicht (z.B. aus Kupfer) übereinander angeordnet sind.
Während der Abtastung eines Inspektionsobjekts, erzeugen die Detektorelemente 24 Detektordaten, die auf jeweils erfasste Röntgenstrahlen RX zurückgehen. Der Detektor 20 hat wenigstens einen Ausgangskanal, an dem die erfassten Detektordaten bereitgestellt werden. Die Detektorzeile 22 ist im Einsatz üblicherweise quer zu einer Transportrichtung TD für ein Inspektionsobjekt (z.B. 116, Figur 8b) angeordnet, damit das Inspektionsobjekt zeilenweise mit den Röntgenstrahlen RX abgetastet werden kann.
Wie an anderer Stelle bereits angemerkt, kann der Detektor 20 grundsätzlich auch aus mehreren in Transportrichtung hintereinander angeordneten Detektorzeilen 22 bestehen, welche dann eine zweidimensionale Detektormatrix bzw. einen zweidimensionalen Matrixdetektor bilden; die Ausführungen und Maßnahmen, die hier am Beispiel einer Detektorzeile erläutert werden, lassen sich unmittelbar auf einen Matrixdetektor übertragen.
Die Anordnung 10 weist ferner ein Abschirmelement 30 auf, welches über der oberen Fläche des Detektors 20 angeordnet ist. Die obere Fläche des Detektors 20 wird von den Empfangsflächen 23 jedes der Detektorelemente 24 gebildet. Das Abschirmelement 30 besteht aus einem für die Röntgenstrahlen RX undurchlässigen Bereich 31 , indem dort die Röntgenstrahlen RX reflektiert und/oder absorbiert werden und einem für die Röntgenstrahlen RX durchlässigen Bereich 32, in dem die Röntgenstrahlen RX das Abschirmelement möglichst unbeeinflusst passieren und auf die Empfangsfläche des Detektors 20 auftreffen. Es sei angemerkt, dass in den Figuren 1 a und 1 b lediglich für eine einfache Erläuterung des hier vorgeschlagenen Prinzips, in dem Abschirmelement 30 nur ein durchlässiger Bereich 32 vorhanden ist.
Die Fläche des Detektorelements 24, die von den Röntgenstrahlen RX getroffen wird, definiert die effektive Empfangsfläche 23‘. Da das Abschirmelement 30 und der Detektor 20 bzw. die Detektorelemente 24 zueinander bewegbar sind (siehe den Doppelpfeil in der Fig. 1 a), kann mittels dieser Anordnung die effektive Empfangsfläche 23‘ dynamisch verändert werden. Der durchlässige Bereich 32 des Abschirmelements 32 fungiert so als dynamische Blende für ein oder mehrere Detektorelemente 24.
In der Figur 1 a ist der eine durchlässige Bereich 32 als rechteckige Ausnehmung 34 ausgestaltet. Im bestimmungsgemäßen Betrieb der Anordnung 10 wird das Abschirmelement 30 relativ zu den Detektorelementen 24 orthogonal zur Strahlrichtung (beispielsweise in Zeilenrichtung oszillierend) verschoben. Somit entspricht die effektive Empfangsfläche 23‘ der Parallelprojektion der Röntgenstrahlen RX auf der oberen Fläche des Detektors 20 bzw. auf der Empfangsfläche der Detektorelemente 24. In anderen Worten entspricht die Form der effektiven Empfangsfläche 23‘ dem Profil oder der lichten Fläche der Ausnehmung 34.
Die Figur 1 c veranschaulicht die Anordnung 10 zur Erhöhung der räumlichen Auflösung des Detektors 20 als Blockdiagramm.
Die Anordnung 10 weist das Abschirmelement 30 und den Detektor 20 auf, welcher aus mehreren Detektorelemente 24 besteht. Eine Steuereinheit 40 steuert einen ersten Aktuator 42 und/oder einen zweiten Aktuator 44, um die relative Bewegung zwischen dem Abschirmelement 30 und dem Detektor 20 zu kontrollieren, besonders deterministisch durchzuführen. Der erste Aktuator 42 ist hierbei mit dem Abschirmelement 30 und der zweite Aktuator 44 mit dem Detektor 20 gekoppelt. Im Prinzip kann die beabsichtigte Relativbewegung auch nur vermittels eines der beiden Aktuatoren 42, 44 erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführung gibt es nur den ersten Aktuator 42, der das Abschirmelement 30 als dynamische Blende bewegt. Als Aktuator 42 und/oder 44 kann beispielsweise ein piezoelektrischer Aktor oder Aktuator (Piezoaktor) eingesetzt werden.
Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Anordnung 10 der Figur 1 c. Hierbei ist das Abschirmelement 30 kammförmig, d.h. weist die Form eines Kammes auf, der oszillierend in der Zeilenrichtung des Detektors (Pfeil RB) relativ zu dem Detektor 20 und somit den Detektorelementen 24 bewegt werden kann. Dazu oszilliert das Abschirmelement 30 zwischen einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2.
Das kammförmige Abschirmelement 30 ist derart ausgestaltet, dass die Zähne oder Zinken des Kammes jeweils einen undurchlässigen Bereichen 31 und die Ausnehmungen 34 (d.h. die Zwischenräume zwischen den Zähne) den durchlässigen Bereichen 32 entsprechen, wobei die undurchlässigen Bereiche 31 stets eine Teilregion der Empfangsfläche jedes Detektorelements 24 abschirmen und die durchlässigen Bereiche 32 über der übrigen Teilregion angeordnet sind, sodass die Differenz zwischen diesen zwei Teilregionen der effektiven Empfangsfläche 23‘ (vgl. Figur 1a) entspricht.
Die Figuren 3a und 3b veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung 10 der Figur 1c, wobei das Abschirmelement 30 die Form einer Scheibe aufweist. Die Fläche der Scheibe definiert eine Ebene, die parallel zu den Empfangsflächen 23 der Detektorelemente 24 angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass sich die durchlässigen Bereiche 32 als regelmäßige Ausnehmungen 34 radial vom Drehpunkt nach Außen verlaufend entlang des Randes der Scheibe befinden. Der Wechsel, zwischen den für Röntgenstrahlen RX undurchlässigen Bereichen 31 und den durchlässigen Bereichen 32, wird durch eine Drehung (oder alternativ eine Oszillation über einen bestimmten Winkelbereich) der Scheibe um eine Achse orthogonal zu den Empfangsflächen 23 der Detektorelemente 24 erreicht.
Die Figur 3c zeigt einen Ausschnitt einer vereinfachten Draufsicht auf das scheibenförmige Abschirmelement 30 der Figuren 3a und 3b zur Veranschaulichung einer Weiterbildung des hier vorgeschlagenen Prinzips, mittels der sich die räumliche Auflösung des Detektors zusätzlich erhöhen lässt. Figur 3c zeigt nur den Rand des scheibenförmigen Abschirmelements 30 im Detail, an dem sich undurchlässige Bereiche 31 und durchlässige Bereiche 32 abwechseln, wobei eine Relativbewegung von zwei am Rand angeordneten Ausnehmungen 34 über drei Detektorelementen 24 des Detektors veranschaulicht ist. Beispielsweise wird das in der Mitte angeordnete Detektorelement 24 zu einem ersten Zeitpunkt t ausgelesen, währenddessen ein erster (Teil-)Bereich 24‘ von Röntgenstrahlen RX bestrahlt wird. Dabei entspricht der bestrahlte (Teil-)Bereich 24‘ der aktuellen effektiven Empfangsfläche dieses Detektorelements 24.
Das gleiche Detektorelement 24 wird dann zu einem nächsten, d.h. nachfolgenden zweiten Zeitpunkt t+1 ausgelesen, währenddessen ein zweiter (Teil-)Bereich 24“ von Röntgenstrahlen RX bestrahlt wird. Aufgrund der relativen Bewegung zwischen dem Abschirmelement 30 und den Detektorelementen 24, entspricht der erste Bereich 24‘ nicht dem zweiten Bereich 24“. Die beiden (Teil-)Bereiche 24‘ und 24“ überlappen sich.
Wie an anderer Stelle bereits erläutert, ist die mittels der hier vorgeschlagenen Anordnung erreichbare Erhöhung der physikalischen Auflösung eines Detektorelements unmittelbar von der Größe der für Röntgenstrahlen durchlässigen Bereiche 32 im Abschirmelement 30 abhängig. Falls eine weiter Reduzierung der Fläche eines Bildpunkts erwünscht ist, kann dies mit der hier bereits im allgemeinen Teil beschriebenen Subtraktion aufeinanderfolgender erfasster realer Intensitätswerte zur Bestimmung eines Intensitätswerts für einen virtuellen (kleineren) Bildpunkt erreicht werden.
Dazu werden die zugehörigen Intensitätswerte der jeweils zu den Zeitpunkten t und t+1 erfassten Röntgenstrahlen RX für den ersten (Teil-)Bereich 24‘ und den zweiten (Teil-)Bereich 24“zunächst erfasst oder berechnet (falls z.B. eine Integration über eine Abtastzeitdauer erfolgt). Anschließend werden die beiden Intensitätswerte voneinander subtrahiert, um daraus den virtuellen Intensitätswert für Röntgenstrahlen RX der (kleineren) Teilfläche 24‘“ des Detektorelements 24 zu bestimmen.
Es sei angemerkt, dass die vorstehend beschriebene Weiterbildung des Verfahrens zum Bestimmen eines virtuellen Intensitätswerts von erfassten Röntgenstrahlen RX kann auf jedes der hier vorgestellten Ausführungsbeispiel für die Anordnung 10 entsprechend für eine weitere Erhöhung der räumlichen Auflösung angewendet werden.
Die Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Anordnung 10 der Figur 1 c, bei dem das Abschirmelement 30 rohrförmig ist, also die Form eine Rohrs aufweist, das die Detektorzeile 22 umgibt. Das Abschirmelement 30 weist eine spiralförmig in Längsrichtung des Rohrs und im Mantel des Rohres verlaufenden Schlitz auf, der für Röntgenstrahlen RX durchlässig ist, während der restliche Rohrmantel für Röntgenstrahlen RX undurchlässig ist. Damit wechseln sich bei der Anordnung 10 der Figur 4 regelmäßig undurchlässige Bereiche 31 und durchlässige Bereiche 32 in Längsrichtung der Detektorzeile 22 ab. Die gewünschte Relativbewegung zwischen dem Abschirmelement und dem Detektor und die damit einhergehende Veränderung der effektiven Empfangsflächen der Detektorelemente wird durch eine Drehung des Rohrs um seine Achse, die parallel zu Zeilenrichtung der Detektorzeile 22 angeordnet ist, und damit um die Detektorzeile 22 erreicht. Die Figur 5 veranschaulicht ein viertes Ausführungsbeispiel der Anordnung 10 der Figur 1 c, wobei das Abschirmelement 30 radförmig ist, also die Form einer Rades aufweist. Anders als das Abschirmelement 30 der Figuren 3a-3c, ist das Abschirmelement 30 der Figur 5 derart ausgestaltet, dass das Rad um eine Achse parallel zu den Empfangsflächen 23 der Detektorelemente 24 drehbar ist und aus mehreren am Rand des Rades angeordneten Zähne oder Zinken (ähnlich denen des Kamms der Figur 2), die sich orthogonal von der vom Rad definierten Ebene vom Rand des Rades erstrecken, besteht. Die Zinken bilden wieder den undurchlässigen Bereiche 31 und die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Zinken bilden die durchlässigen Bereichen 32. Die Drehung des Rades um seine Achse oder Oszillation des Rades über einen bestimmten Winkelbereich um die Achse erzeugt die gewünschte Relativbewegung der Zinken über den Empfangsflächen 23 der Detektorelemente 24, sodass wieder eine entsprechende zeitliche Veränderung der effektiven Empfangsfläche der Detektorelemente erreicht wird.
Die Figur 6 veranschaulicht ein fünftes Ausführungsbeispiel der Anordnung 10 der Figur 1 c, wobei das Abschirmelement 30 die Form eines Bandes mit einer Vielzahl von rechteckigen, regelmäßig in Bandrichtung angeordneten Ausnehmungen 34 aufweist. Der Wechsel zwischen den undurchlässigen Bereichen 31 und den durchlässigen Bereichen 32 wird durch die Bewegung des Bandes um zwei Laufrollen 36 erreicht. Vorzugsweise kann das Abschirmelement 30 stufenlos in einer Richtung laufen oder zu bestimmten Zeitpunkten die Laufrichtung wechseln, also auch zwischen zwei Stellungen oszillieren. Die Detektorzeile 22 ist bei dieser Anordnung unter dem Band und zwischen den Laufrollen 36 angeordnet.
Die Figur 7a zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Anordnung 10 der Figur 1 c, wobei das Abschirmelement 30 ähnlich wie in der Figur 4 rohrförmig ist und die Detektorzeile 22 umfasst. Anders als das in der Figur 4 dargestellte Abschirmelement 30, weist das Rohr in der Figur 7a keinen spiralförmigen Schlitz als den für Röntgenstrahlen durchlässigen Bereich auf, sondern besteht aus mehreren in Längsrichtung nebeneinander angeordneten für Röntgenstrahlen RX abschirmenden Teilelementen 33, die in Umfangsrichtung des Rohrs ein abgestuftes Profil derart aufweisen, dass sich die Fläche des durchlässigen Bereiches für ein zugehöriges Detektorelement durch Drehen des Rohrs verändern lässt. Wird das rohrförmige Abschirmelement 30 um seine Achse, die parallel zu Zeilenrichtung der Detektorzeile 22 angeordnet ist, gedreht, verändert jedes Teilelement 33 die Empfangsfläche eines zughörigen Detektorelements 24 graduell oder stufenförmig. Die effektive Empfangsfläche jedes Detektorelements 24 wird dabei entsprechend in Stufen verändert. Die für Röntgenstrahlen RX abschirmenden Teilelemente 33 entsprechen somit den undurchlässigen Bereichen 31 und sind nebeneinander derart angeordnet, dass die durchlässigen Bereiche 32 selbst ebenfalls ein abgestuftes Profil aufweisen. Die Figur 7b veranschaulicht eine graduelle oder abgestufte Veränderung der effektiven Empfangsfläche 23‘ eines Detektorelements 24 bei der Verwendung einer Anordnung 10 mit einem Abschirmelement 30 ähnlich zu dem in der Figur 7a dargestellten Abschirmelement 30. Zur einfacheren Darstellung ist in der Figur 7b das abgestufte Profil eines für Röntgenstrahlen undurchlässigen Bereichs mit jeweils fünf Stufen dargestellt.; selbstverständlich sind mehr oder weniger Stufen, aber auch eine unregelmäßige (z.B. zufällige) Abstufung möglich.
In der Figur 7b ist für jedes Detektorelement 24 ein entsprechend abgestufter undurchlässiger Bereich 31 mit fünf gleichmäßigen Abstufungen vorgesehen. Der Raum zwischen den nebeneinander angeordneten undurchlässigen Bereichen 31 entspricht dem jeweils durchlässigen Bereich 32 des Abschirmelements 30.
Bei der Relativbewegung RB (vgl. Figur 7a) des Abschirmelements 30 relativ zu den Detektorelementen 24 (hier der Drehung des rohrförmigen Abschirmelements 30 um eine Drehachse, die parallel zu der Zeilenrichtung der Detektorzeile 22 verläuft) wird jedes Detektorelement 24 teilweise oder schließlich ganz abgeschirmt und die effektive Empfangsfläche 23‘ im Zeitablauf immer wieder um einen bestimmten vermittels des abgestuften Profils um einen eingestellten Prozentsatz (hier zur Veranschaulichung mit 20% dargestellt) verändert.
Es sei angemerkt, dass das in er Figur 7b gezeigte abgestufte Profil des undurchlässigen Bereichs 31 genau einmal oder mehrfach hintereinander entlang des Mantels des rohrförmigen Abschirmelements 30 (vgl. Figur 7a) angeordnet sein kann.
Für die Diskussion der Figur 7b sei angenommen, dass es bei einer Umdrehung des Abschirmelements 30 (vgl. Figur 7a) genau sechs verschiedene Zeitabschnitte (l)-(VI) gibt, in deren sequenziellen Ablauf der undurchlässige Bereich 31 die effektive Empfangsfläche des zugehörige Detektorelements 24 graduell (in 16,7% Schritten) von nicht abgeschirmt (0%) bis nahezu vollständig abschirmt (83,3%) verändert.
Im ersten Zeitabschnitt (I) ist der undurchlässige Bereich 31 des Abschirmelements 30 noch nicht über der Empfangsfläche des Detektorelements 24 angeordnet. Somit wird die Empfangsfläche des Detektorelements 24 von Röntgenstrahlen RX komplett bestrahlt.
Sobald sich das Abschirmelement 30 in Richtung des Detektorelements 24 bewegt (in der Figur 7b entspricht dies einer Bewegung der abgerollten Mantelfläche aus Figur 7a nach links), fängt der undurchlässige Bereich 31 an das Detektorelement 24 mit 16,7% abzuschirmen. Zum Zeitabschnitt (II) schirmt die 16,7% Stufe des undurchlässigen Bereichs 31 das Detektorelement 24 entsprechend ab. Somit wird die Größe der effektiven Empfangsfläche 23‘ entsprechend der Größe der ersten Stufe um 16,7% reduziert. Bei einer weiteren Bewegung nach links, fängt die 33,3% Stufe des undurchlässigen Bereichs 31 an das Detektorelement 24 für den dritten Zeitabschnitt (III) entsprechend abzuschirmen, sobald die 33,3% Stufe des undurchlässigen Bereichs 31 das Detektorelement 24 entsprechend um 33,3% abgeschirmt.
Die Bewegung des Abschirmelements 30 geht entsprechend weiter bis schließlich zum sechsten Zeitabschnitt (VI), in dem die effektive Empfangsfläche 23‘ von der letzten 83,3% Stufe entsprechend abgeschirmt wird.
Da das Abschirmelement 30 tatsächlich, wie in der Figur 7a dargestellt, rohrförmig ist, würde das Verfahren wieder beim ersten Zeitpunkt (I) mit der 0% Stufe des stufenförmig profilierten undurchlässigen Bereichs 31 anfangen.
Alternativ kann das Abschirmelement auch für eine oszillierende Drehbewegung zwischen dem ersten und sechsten Profilabschnitt eingerichtet sein, sodass der vorstehend beschriebene Verfahrensverlauf nach dem Zeitabschnitt (VI) zurück zum Zeitabschnitt (I) rückwärts durchlaufen werden würde.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird, um den Genauigkeitsgrad der räumlichen Auflösung des Detektors 10 zu erhöhen, die Bewegung des Abschirmelements 30 mit der Bestrahlung der Detektorelemente mit Röntgenstrahlen RX synchronisiert. Die auf der Zeitlinie t der Figur 7b dargestellten karierten Bereiche veranschaulichen die synchronisierte Aktivierung der Bestrahlung oder Belichtung der Detektorelemente 24. Somit werden die Intensitätswerte genau in den vorbestimmten Zeitabschnitten (I) bis (VI) gemessen. D.h., immer dann, wenn beispielsweise eine bestimmte Profilstufe des undurchlässigen Bereichs 31 die Empfangsfläche 23 des Detektorelements 24 so abschirmt, dass die effektive Empfangsfläche für den Zeitabschnitt konstant ist. Während der Übergangsphase von einer zur nächsten Profilstufe, wird die Belichtung elektronisch abgeschaltet (beispielsweise durch Abschalten der Strahlungsquelle oder Verschließen eines zugehörigen Kollimators - vgl. Figure 8b).
Figur 8a veranschaulicht ein System 400, das im Wesentlichen aus einer Röntgeninspektionsanlage 100 und einer Verarbeitungsvorrichtung 300 besteht. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 wirkt hierbei mit der Röntgeninspektionsanlage 100 operativ nach den hier beschriebenen Prinzipien über eine Kommunikationsverbindung 410 zusammen, um eines der hier vorgestellten Verfahren zur Erhörung der effektiven räumlichen Auflösung des in der Röntgeninspektionsanlage 100 angeordneten Detektors 20 zu ermöglichen.
In der Figur 8b ist eine Röntgeninspektionsanlage 100 als Beispiel deutlich vereinfacht dargestellt. Die Röntgeninspektionsanlage 100 weist zwei Strahlenschutzvorhänge 102, 104 auf, von denen jeweils einer an einem Eingang 106 und einem Ausgang 108 eines Strahlentunnels 110 der Röntgeninspektionsanlage 100 angeordnet ist. Zwischen den Strahlenschutzvorhängen 102, 104 befindet sich innerhalb des Strahlentunnels 110 ein Strahlungsbereich 112, in dem wenigstens eine Strahlenquelle 114 für ionisierende Strahlen angeordnet ist; beispielsweise eine Röntgenröhre 114a mit einem Kollimator 114b zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenfächers 115, der auf einen Röntgenstrahlendetektor 20 ausgerichtet ist. Der Röntgenstrahlenfächer kann durch Aktivierung und Deaktivierung der Röntgenröhre 114a und/oder Verschließen des Kollimators 114b ein- und ausgeschaltet werden.
Die Röntgeninspektionsanlage 100 weist ferner eine der hier in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorgeschlagenen Anordnung 10 gemäß des in den Figuren 1 a-1 c erläuterten Prinzips auf, wobei das Abschirmelement 30 zwischen dem Detektor 20 und der Strahlenquelle 114 angeordnet ist.
Ohne damit eine Priorisierung festzustellen, ist ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung in der Figur 8b die Anordnung 10 gemäß dem Prinzip der Figur 2 dargestellt. Zusätzlich ist für eine leichtere und übersichtlichere Darstellung nur eine Detektor-Untereinheit 10“ als ein Abschnitt der gesamten Detektoranordnung 10 dargestellt. Dies entspricht auch der Umsetzung in der Praxis, wobei Zeilen- oder matrixförmige Detektoren bei Line-Scannern für eine zeilen- oder matrixweise Abtastung von Inspektionsobjekten üblicherweise aus einer entsprechenden Anordnung mehrerer Detektor-Untereinheit zusammengesetzt sind. Entsprechend dieser gängigen Umsetzung ist in der Figur 8b nur die Detektor-Untereinheit 10“ als ein Abschnitt der gesamten Detektoranordnung 10 detailliert dargestellt, die im dargestellten Beispiel aus den drei Detektor-Untereinheiten 10‘, 10‘, 10‘“ besteht. Ferner ist der gezeigt Detektor 20 ein Matrixdetektor, der in Abtastrichtung zwei Detektorelemente 24 breit ist.
Zum Transport eines Gepäckstückes 116 als ein Beispiel für ein Inspektionsobjekt in Transportrichtung TD durch den Strahlentunnel 110 dient eine Transporteinrichtung, beispielsweise ein Gleitgurtförderer mit drei Abschnitten 118-1 , 118-2, 118-3, der die Inspektionsobjekte durch den Strahlungsbereich 112 fördert.
Der zeilenförmige Detektor 10 ist raumeffizient L-förmig oder U-förmig und mit seiner Längsrichtung (d.h. Zeilenrichtung) orthogonal zur Transportrichtung TD angeordnet, sodass die Transportrichtung TD der Abtastrichtung eines Inspektionsobjekts entspricht.
Der von einer in der Darstellung der Figur 8b von der Detektoruntereinheit 10“ gebildete Abschnitt des Detektors 10 besteht aus dem zugehörigen Matrixdetektor 20“, der einem Abschnitt der gesamten (Matrix-)Detektorzeile 22 entspricht, über dem ein kammförmiges Abschirmelement 30“ angeordnet ist. Das Abschirmelement 30“ ist mit einem Aktuator 42“ (beispielsweise ein piezomechanischer Aktuator) verbunden, sodass der Aktuator 42“ das Abschirmelement 30“ als Beispiel für eine der hier vorgeschlagenen Relativbewegungen RB reziprok, also in Zeilenrichtung hin- und herbewegen kann, um für die Detektorelemente 24“ als dynamische Blende zu fungieren. Um das Auslesen der Detektorelemente 24“ der Detektoruntereinheit 10“ mit der Relativbewegung RB des Abschirmelements 30“ zu synchronisieren, wird der Aktuator 42“ von einer Steuereinheit 120 der Röntgeninspektionsanlage 100 über eine entsprechende Steuerverbindung 120-42 gesteuert. Die Steuereinheit 120 ist eingerichtet, synchronisiert zur Relativbewegung RB des Abschirmelements 30“ die jeweiligen Detektorelemente 24“ über eine Ausleseverbindung 120-20 auszulesen sowie den Röntgenstrahlenfächer 115 über eine Steuerverbindung 120-114 durch entsprechendes Aktivieren und Deaktivieren der Röntgenröhre 114a und/oder Öffnen und Verschließen eines Strahlungsausgangs der Kollimators 114b ein- und auszuschalten.
Die Verarbeitungsvorrichtung 300 ist im Wesentlichen für die Durchführung wenigstens eines der hier vorgeschlagenen Verfahren und zur Aufbereitung der mit der Anordnung 10 erfassten Detektordaten eingerichtet.
Es versteht sich, dass die Anordnung 10 alternativ auch eine solche, wie sie in den Figuren 3-7b vereinfacht gezeigt ist, oder eine andere dem hier vorgeschlagenen Prinzip folgende Anordnung sein kann.
Die vom Röntgenstrahlendetektor 20 bereitgestellten und von der Verarbeitungsvorrichtung 300 aufbereiteten Detektordaten können verwendet werden, um ein basierend auf Materialklassen eingefärbtes Röntgenbild des Inspektionsobjekt 116 mit erhöhter räumlicher Auflösung zu erzeugen, welches einer Bedienperson auf einem Bildschirm (nicht dargestellt) in an sich bekannter Weise angezeigt werden kann.
Die Verarbeitungsvorrichtung 300 kann, wie in der Figur 8b dargestellt, Teil der Steuereinrichtung 120 der Röntgeninspektionsanlage 100 sein. Die Verarbeitungsvorrichtung 300 kann sich aber auch separat zu der Röntgeninspektionsanlage 100 daneben oder einem dazu entfernten Ort befinden, beispielsweise an einem zentralen Ort, an dem Rohdetektordaten mehrerer Inspektionsanlagen 100 zusammengeführt werden und dort zentral verarbeitet werden. Die Anordnung der Verarbeitungsvorrichtung 300 in oder an der Röntgeninspektionsanlage 100 oder entfernt davon macht für die vorgeschlagenen Maßnahmen zur Aufbereitung der Detektordaten keinen Unterschied.
Die Verarbeitungseinheit 300 kann auch bereits Teil der Anordnung 10 bzw. des Detektors 20 sein.
Die vom Detektor 20 erzeugten Detektordaten können dann bereits am Detektor 20 gemäß den hier vorgeschlagenen Maßnahmen aufbereitet werden. Damit wäre die hier vorgeschlagene Anordnung 10 grundsätzlich kompatibel zu bestehenden Röntgeninspektionsanlagen mit herkömmlichen Detektoreinheiten. D.h., bei im Übrigen hinreichend baugleichen Röntgeninspektionsanlagen kann eine Ausführung der hier vorgeschlagenen neuen Anordnung 10 mit integrierter Aufbereitung der Detektordaten eine gleichbleibende Bildqualität bei geringeren Systemkosten erreichen oder alternativ könnte bei nahezu gleichbleibenden Systemkosten die räumliche Auflösung einer vorhandenen Röntgeninspektionsanlage erhöht werden.
Die Figur 9 illustriert die Grundstruktur eines Verfahrens 200 zur Erhörung der räumlichen Auflösung des Röntgenstrahlendetektors 20, welche beispielsweise in der Anordnung der Figuren 1 a-7b eingesetzt werden kann. Dabei weist das Verfahren 200 folgende grundlegende Schritte auf:
Einen Schritt S1 zum ersten Auslesen des Detektorelements 24 zu einen ersten Zeitpunkt t, währenddessen ein erster Bereich 24‘ des Detektorelements 24 von Röntgenstrahlen RX bestrahlt wird.
Einen Schritt S2 zum zweiten Auslesen S2 des Detektorelements 24 zu einen zweiten Zeitpunkt t+1 , währenddessen ein zweiter Bereich 24“ des Detektorelements 24 von den Röntgenstrahlen RX bestrahlt wird.
Einen Schritt S3 zum Berechnen zugehöriger Intensitätswerte der Röntgenstrahlen RX für den ersten Bereich 24‘ und den zweiten Bereich 24“ für den ersten Zeitpunkt t und den zweiten Zeitpunkt t+1 .
Optional kann das Verfahren noch einen Schritt S4 aufweisen, in dem die im Schritt S3 berechneten Intensitätswerte subtrahiert werden, um einen Intensitätswert für einen virtuellen Bildpunkt mit entsprechend kleiner Fläche zu berechnen und damit im Ergebnis die räumliche Auflösung des Detektors weiter zu erhöhen. Dazu wird in dem optionalen Schritt S4 der virtuelle Intensitätswert der Röntgenstrahlung RX einer Teilfläche 24‘“ des wenigstens einen Detektorelements 24 basierend auf der erfolgten Subtraktion, wobei der virtuelle Intensitätswert im Ergebnis ein Detektordatum für ein entsprechend kleineres virtuelles Detektorelement liefert und somit eine weitere Erhöhung der räumlichen Auflösung des Detektors erreicht.

Claims

23 Ansprüche
1. Anordnung (10) aus einem Röntgenstrahlendetektor (20) und einem Röntgenstrahlen (RX) abschirmenden Abschirmelement (30) zur Bereitstellung von Detektordaten mit einer höheren räumlichen Auflösung als der physikalischen Auflösung des Röntgenstrahlendetektors (20), wobei der Röntgenstrahlendetektor (20) mindestens eine Detektorzeile (22) mit wenigstens einem entlang der Detektorzeile (22) angeordneten Detektorelement (24) aufweist, das Abschirmelement (30) mindestens einen für Röntgenstrahlen (RX) undurchlässige Bereiche (31) und mindestens einen für Röntgenstrahlen (RX) durchlässigen Bereich (32) aufweist, das Abschirmelement (30) in Strahlrichtung der Röntgenstrahlen (RX) vor der Empfangsfläche (23) des wenigstens einen Detektorelements (24) angeordnet ist, das Abschirmelement (30) und das wenigstens eine Detektorelement (24) für eine Relativbewegung (RB) relativ zueinander bewegbar sind, sodass die effektive Empfangsfläche für Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) entsprechend dynamisch veränderbar ist.
2. Anordnung (10) gemäß Anspruch 1 , wobei der für Röntgenstrahlen (RX) durchlässige Bereich (32) des Abschirmelements (30) eine Ausnehmung (34) ist.
3. Anordnung (10) gemäß Anspruch 1 , wobei der für Röntgenstrahlen (RX) durchlässige Bereich (32) des Abschirmelements (30) aus einem Material mit einer für Röntgenstrahlen (RX) geringen Dämpfung, beispielsweise Kunststoff, besteht; und/oder der für Röntgenstrahlen (RX) undurchlässige Bereich (31) des Abschirmelements (30) aus einem Material mit einer für Röntgenstrahlen (RX) hohen Dämpfung, beispielsweise Blei, besteht; wobei die Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen (RX) im durchlässigen Bereich (32) höher als im undurchlässige Bereich (31) ist.
4. Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1-3, wobei das Abschirmelement (30) die Form eines Kammes, einer Scheibe, eines Bandes, eines
Rads oder eins die Detektorzeile (22) umfassenden Rohrs aufweist; und/oder das Abschirmelement (30) durch Rotation, Translation oder durch eine Kombination aus Drehbewegung und Translationsbewegung für die Relativbewegung (RB) zu den Detektorelementen (24) bewegbar ist.
5. Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1-4, wobei sich das Abschirmelement (30) durch eine oszillierende Bewegung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position für die Relativbewegung (RB) relativ zu den Detektorelementen (24) bewegbar ist.
6. Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1-5, wobei der für Röntgenstrahlen (RX) durchlässige Bereich (32) ein abgestuftes Profil derart aufweist, dass wenn das Abschirmelement (30) und das wenigstens eine Detektorelement (24) für die Relativbewegung (RB) relativ zueinander bewegt werden, die effektive Empfangsfläche für Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) entsprechend in regelmäßigen oder unregelmäßigen Stufen veränderbar ist.
7. Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1-6, wobei das Abschirmelement (30) mit einem ersten Aktuator (42) und/oder die Detektorzeile (22) mit einem zweiten Aktuator (44) gekoppelt ist bzw. sind, wobei der erste Aktuator (42) und/oder der zweite Aktuator (44) für die Relativbewegung (RB) zwischen dem Abschirmelement (30) und dem wenigstens einen Detektorelement (24) steuerbar sind.
8. Röntgeninspektionsanlage (100) mit einer Anordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die Röntgeninspektionsanlage (100) für einen Transport eines Inspektionsobjekts (116) in einer Transportrichtung (TD) durch die Inspektionsanlage (100) eingerichtet ist und die Detektorzeile (22) des Röntgenstrahlendetektors (20) in einer Zeilenrichtung angeordnet ist, die orthogonal zur Transportrichtung (TD) ausgerichtet ist, und die Röntgeninspektionsanlage (100) eingerichtet ist, um erfasste Intensitätswerte der Röntgenstrahlung (RX) von einem abgetasteten Bereich der veränderten effektiven Empfangsfläche für die Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) für verschiedene Zeitpunkte bereit zu stellen.
9. Verfahren (200) zur Erhöhung der räumlichen Auflösung eines Röntgenstrahlendetektors (20) mit mindestens einer Detektorzeile (22) mit wenigstens einem Detektorelement (24), wobei das wenigstens eine Detektorelement (24) und ein über der Empfangsfläche (23) für die Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) angeordnetes Abschirmelement (30) für eine Relativbewegung (RB) relativ zueinander bewegbar sind, wodurch die effektive Empfangsfläche für die Röntgenstrahlen (RX) des wenigstens einen Detektorelements (24) verändert wird.
10. Verfahren (200) gemäß Anspruch 9, wobei das Verfahren (200) aufweist: einen Schritt S1 mit erstem Auslesen (S1) des wenigstens einen Detektorelements (24) zu einen ersten Zeitpunkt t, währenddessen ein erster Bereich (24‘) des wenigstens einen Detektorelements (24) von den Röntgenstrahlen (RX) bestrahlt wird; einen Schritt S2 mit zweitem Auslesen (S2) des wenigstens einen Detektorelements (24) zu einen zweiten Zeitpunkt t+1 , währenddessen ein zweiter Bereich (24“) des wenigstens einen Detektorelements (24) von den Röntgenstrahlen (RX) bestrahlt wird; und einen Schritt S3 mit Berechnen (S3) zugehöriger Intensitätswerte der Röntgenstrahlen (RX) für den ersten Bereich (24‘) und den zweiten Bereich (24“) für den ersten Zeitpunkt t und den zweiten Zeitpunkt t+1.
11 . Verfahren (200) gemäß Anspruch 10, wobei das Verfahren weiter aufweist: einen Schritt S4 mit Subtrahieren (S4) der im Schritt (S3) berechneten Intensitätswerte; und einen Schritt S5 mit Bestimmen (S5) eines virtuellen Intensitätswertes der Röntgenstrahlung (RX) einer Teilfläche (24“‘) des wenigstens einen Detektorelements (24) basierend auf der Subtraktion in Schritt S3.
12. Verfahren (200) gemäß Anspruch 11 , wobei der zweite Bereich (24“) des wenigstens einen Detektorelements (24), welcher von Röntgenstrahlen (RX) bestrahlt wird, mindestens eine Teilregion des ersten Bereiches (24‘) des wenigstens einen Detektorelements (24), welcher von Röntgenstrahlen (RX) bestrahlt wird, überlagert.
13. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 10-12, wobei eine Veränderung der relativen Anordnung des Abschirmelements (30) und des wenigstens einen Detektorelements (24) mit der jeweiligen Bestrahlung des Röntgenstrahlendetektors (20) mit Röntgenstrahlen (RX) synchronisiert wird.
14. Verarbeitungsvorrichtung (300) zur Aufbereitung der von der Röntgeninspektionsanlage (100) gemäß Anspruch 8 bereitgestellten Intensitätswerte der Röntgenstrahlung (RX), wobei die Verarbeitungsvorrichtung (300) zur Durchführung eines Verfahrens (200) gemäß einem der Ansprüche 9- 13 eingerichtet ist.
15. System (400) mit einer Röntgeninspektionsanlage (100) gemäß Anspruch 8 und einer Verarbeitungsvorrichtung (300) gemäß Anspruch 14, wobei die Röntgeninspektionsanlage (100) zur Bereitstellung der Intensitätswerte basierend auf der Abtastung eines Inspektionsobjekts (116) an die Verarbeitungsvorrichtung (300) eingerichtet ist und dazu mit der Verarbeitungsvorrichtung (300) für eine
Datenkommunikation verbunden ist.
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