WO2009121932A2 - Rotating table for spatial, high-resolution computer laminography - Google Patents

Rotating table for spatial, high-resolution computer laminography Download PDF

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WO2009121932A2
WO2009121932A2 PCT/EP2009/053956 EP2009053956W WO2009121932A2 WO 2009121932 A2 WO2009121932 A2 WO 2009121932A2 EP 2009053956 W EP2009053956 W EP 2009053956W WO 2009121932 A2 WO2009121932 A2 WO 2009121932A2
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rotation
axis
rotary
radiation
rotary apparatus
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Lukas Helfen
Tilo Baumbach
Udo Retzlaff
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/40Imaging
    • G01N2223/419Imaging computed tomograph

Definitions

  • the present invention relates to a rotary stage and adapted technical realization for laminography, radiography and tomography.
  • Tomographic methods are based on the scanning of an object from different directions of incidence by means of penetrating, penetrating or penetrating radiation and serve, coupled with suitable reconstruction methods, the non-destructive imaging of cross-sections of the object.
  • the methods of laminography or tomosynthesis are used predominantly for examining flat and laterally extended objects. These methods, which have been used for many years, allow cross-sectional images of different levels within a sample to be obtained.
  • Two-dimensional, digital images from different directions are evaluated computer-aided and assembled into three-dimensional images with high image contrast.
  • the three-dimensional information about the external shape and the internal structure of the irradiated object is not directly accessible by means of X-ray projection, since the information of different penetration depths summed up when penetrating the beam and finally only one integral value per pixel is registered on the detector.
  • the problem is to resolve the superposition of spatially separated regions at different depths. This can be achieved by combining many different beam directions and by including corresponding filters and corrections known in the specialist literature. This requires not only a considerable mathematical effort but also a high mechanical repeatability of the measurement conditions. In spite of all the corrections, there are always errors in the image, which are also known as artifacts.
  • the radiation source and the detector can also be fixed and only the object is moved.
  • CT computer tomography
  • the object is subjected to rotation.
  • the beam falls perpendicular to the axis of rotation, penetrates the object and the incident intensity of the radiation is registered on the detector.
  • the object is rotated step by step around the axis of rotation (aligned perpendicular to the beam axis), resulting in many, mostly several hundred shots of the object from different directions of transmission.
  • this corresponds to the execution of two concentric full circles (of source and detector) around the object, with the optical axis rotating and the position of the object to be examined.
  • CT is mathematically accurate (at least on the optical axis, which is usually perpendicular to the axis of rotation) and good for imaging cross sections or 3D images.
  • CT is mathematically accurate (at least on the optical axis, which is usually perpendicular to the axis of rotation) and good for imaging cross sections or 3D images.
  • the tomography is very limited use, since in the radiation directions parallel to the surface, the X-ray transmission tends to zero and thus no reliable Information from these directions can be obtained, which usually creates strong artifacts in the reconstructed image.
  • Laminography methods avoid such transmission directions in which the long extension of the flat object is parallel to the optical axis. Although the geometries of image acquisition also lead to artifacts in the reconstructed image, they are less pronounced in a wide range of applications than those of CT.
  • Various concepts of laminographic methods with different scanning geometries and corresponding instrumental implementations are known.
  • An instrumentally easy to implement variant is based for example on the translation of the object in a divergent fan beam, which serves to obtain the different transmission directions (Gondrom et al, Nuclear Engineering and Design 190 (1999) pages 141-147).
  • Other instrumentally more complex methods use, for example, synchronized movements of source and detector (see James T. Dobbins IM, Phys. Med. Biol. 48 (2003) R65-R106).
  • the source and detector no longer make concentric circles around the point to be examined, but the two circles have no common center.
  • the optical axis also rotates around the object site to be examined, but runs on a cone surface during the scan (in CT on a circular disk).
  • the optical axis and the axis of rotation form no angle of 90 °, but a smaller, but precisely known angle.
  • Stevens (Stevens et al., Med. Phys., 28, pp. 1472-1481, 2001) points to the equivalence of the two imaging modes with fixed and mobile optical axes.
  • the (axis) pitch angle alpha is typically between 20 and 60 degrees. In the case of tomography, however, the axial tilt angle is exactly 0 degrees.
  • CT in laminography, the object is also rotated either continuously or incrementally about the axis of rotation, with a multiplicity of single, two-dimensional images being read out of the detector.
  • the position of the object relative to the beam direction (optical axis) and to the ideal axis of rotation must be known very precisely. It is therefore important to ensure precise or at least reproducible object positioning for all directions of incidence of the beam, so that the object can be scanned with the highest possible accuracy and thus reconstructed with the highest possible image quality. Because the desired high spatial resolution (for example, resolutions in the sub-micron range), the object under investigation can often be small and light, a test arrangement with fixed beam and detector is advantageous for such investigations.
  • a beam barer sample holder has the disadvantage that it absorbs energy dependent energy (and thus not all energy ranges equally well usable), and in the case of white radiation with a wide energy range changes the energy spectrum.
  • Unavoidable manufacturing or material defects even with careful production, as well as contamination (eg dust) or wear, can cause defects on and in the sample table. These small defects also lead to unwanted absorption, scattering or diffraction, which then causes further artifacts (eg Cloetens et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) pp. 133-146) as a result of the inhomogeneity.
  • Stevens et al. a special evaluation algorithm.
  • the spatial resolution in the final image depends to a large extent on the resolution limit of the detector used, the size of the X-ray source and the interpolation steps in the reconstruction technique of the image data. Increased accuracy in geometrically positioning the sample is not of paramount importance in typical medical applications.
  • the described instrumentation is certainly the state of the art, but for sub-micron spatial resolution evaluations, geometrical positioning of the object with accuracies of the same order of magnitude as the resolution to be achieved is necessary.
  • the tomography is usually done only with "compact" turntables, so these massive rotary stages require a beam path that runs outside the table circle, and this eccentric beam passes above or below (at least outside) the rotation bearing, ie the rotating platform and its rotating platform
  • the eccentric beam guidance has the disadvantage of the distance-dependent increased wobbling effect on the eccentricity at the sample location, due to the influence of the axis wobble of the rotation axis on the eccentricity of the scanning movement at the mounting location of the object, which increases linearly with increasing distance the eccentric beam guide in the case of laminography in addition a Maschinenstrahlbaren sample holder which absorbs radiation and has inhomogeneities, possibly a shading or partial absorption with it leads or a parasitic Str euung the beam caused by the object holder.
  • An object of the invention is to work out a conceptually and technically feasible solution for high-resolution laminography and tomography and similar methods, which basically works without the requirement for a sample holder to be irradiated as well as without eccentric beam path and in their technical realization also a high object positioning accuracy or at least a high reproducibility of the object positioning and, because of the large transmitted light area (aperture), at the same time ensure the transmittability of the object under possible variable axis inclination.
  • the source and the detector should be able to remain fixed during the measurement, ie it is preferred during the measurement fixed horizontal, vertical or inclined beam path, as in the case of high-resolution measurements, the object to be examined usually lighter (ie provided with less mass and so that it can be precisely positioned with less mechanical effort) is as the radiation source or the detector. It can be used a tilting axis of rotation.
  • the solution according to the invention is intended both the In principle, avoid the requirement for a sample holder to be irradiated and the eccentric beam path for laminography. Such a technically realized solution is not currently known in laminography.
  • Another object of the invention is to produce a suitable rotary apparatus having a rotary stage with high object positioning accuracy (at least high reproducibility of object position) and low aspect ratio (height to diameter) and large transmitted light area (aperture) for beam applications in which an object can be examined from different angles of incidence and for all angles of rotation (360 degrees) about the axis of rotation.
  • the rotary table is to overcome the disadvantages of the prior art by the aspect ratio and the transmitted light high tomographic angle (ie, low tilt angle of the axis of rotation of the beam normal) under any directions of arrival and without shading or partial absorption or scattering of the transmitted and / or of the Allow sample diffracted / scattered beam.
  • Another object of the invention is to allow a lateral positioning of the objects with respect to the axis of rotation.
  • Another object of the invention is to enable lateral scanning of macroscopic objects.
  • Another object of the invention is the possibility of using the rotary table both for laminography with transmitted light and for conventional computer tomography, ie without the use of für ichtes, but aligned with the axis of rotation perpendicular to the beam direction.
  • contrasting mechanisms eg, phase contrast
  • Another object of the invention is to allow beam optics in the instrumental setup to increase the spatial resolution or to use additional contrast mechanisms.
  • the objects according to the invention are achieved by means of a rotation apparatus with a rotation platform for laminographic investigations by means of radiation, the rotation platform having a recess which is arranged around the axis of rotation and on which a rotation support for the objects to be examined can be arranged.
  • the rotation apparatus with the rotation platform overcomes the disadvantages of the prior art by the aspect ratio and transmitted light for relevant tilt angles of the rotation axis with respect to the incident beam for all rotation angles (360 degrees) of the table without shading or partial absorption / scattering of the radiation of the transmitted and / or the diffracted beam allow.
  • This solution according to the invention can be extended to all beam applications (for example laser and neutron radiation) with comparable requirements for transmitted light, thus also using focused, divergent, convergent or parallel radiation.
  • the sample axis may or may not be tilted, so the setup can be used for both computed tomography and laminography.
  • the recess arranged around the axis of rotation can have any desired configuration. So it can be a continuous circular (cylindrical) or
  • Uniform objects can thus be interchanged and scanned in series
  • the holder for the different objects is used for attachment of the object and with respect to the lateral positioning of the region to be examined of the object respect.
  • the axis of rotation are positioned. It is preferably designed as an X-Y positioning unit with two linearly independent translation directions, which are preferably both aligned perpendicular to the axis of rotation (and i.A. are aligned perpendicular to each other).
  • Translation unit is to be understood as a device for positioning the object to be scanned perpendicular to the axis of rotation. It is important to ensure the lowest possible height, so that the beam path is not shadowed at different tomographic angles by the translation unit.
  • the implemented X-Y positioning unit further enables the possibility of lateral scanning of macroscopic samples.
  • the X-Y positioning unit By arranging the X-Y positioning unit, different object areas can be set with the X-Y positioning unit, which rotate around the rotation axis with a high positioning accuracy and are separated from the beams, e.g. X-rays, to be penetrated.
  • Aspect ratio is the ratio of the free inner radius of the rotation bearing to the height of the rotation bearing, in both cases including this
  • the mechanically adjustable frame of the XY positioning unit can additionally magnetically fixed to the rotation table.
  • a transilluminable and on the rotation table arbitrarily positionable sample container which can either be positioned on one on the rotation platform XY positioning and rasterized in position or can be positioned for example via an external positioning robot on the rotation platform.
  • the fixation of the sample holder can be done mechanically or magnetically or in any other way.
  • radiations emitted by the objects to be examined can also be used. This is for example in the event that radioisotopes are used.
  • any electromagnetic radiation e.g., in the terahertz range, infrared, ultraviolet, or visible light, x-ray or gamma radiation
  • particle radiation e.g., neutrons, electrons, ions
  • the mechanically adjustable frame of the x-y positioning unit can additionally be magnetically fixed to the rotation platform.
  • a lateral positioning with respect to the axis of rotation is helpful, if not always the same regions are to be scanned on the objects to be examined.
  • the positioning itself can be achieved by an at least two-dimensional X-Y positioning (X and Y spans a coordinate system perpendicular to the axis of rotation), e. implemented by two crosses (i.a., th e s right to one another) and translation tables.
  • This X-Y positioning unit can
  • Fixation can be attached to the rotation axis on the rotation platform in any manner, e.g. by magnetic force, electrostatic force or by
  • This force may be designed to be switchable, e.g. through an electromagnet, so that the force for positioning
  • the positioning itself may be slidable (e.g., on a fluid bearing or friction reducing contact surfaces or guides) or rolling (ball or
  • Roller bearings on the rotation platform.
  • the possibility of free lateral object positioning further allows the lateral scanning of the object by means of the radiographic / laminographic / tomographic scanning method. Using computer-aided image analysis, the frames of each scan can then be assembled into a larger image containing the scanned area.
  • a holder for the objects to be examined can be arranged on the rotation platform, which rotates with the table about the axis of rotation.
  • the aspect ratio of the axle bearings is such that the greatest possible variability of the tomographic angle or axial tilt angle is given with the largest possible radiation cross section for the scan
  • the object to be examined can be positioned laterally with respect to the axis of rotation, for example by means of an XY positioning unit, which has two linearly independent, preferably mutually perpendicular, translating devices.
  • an XY positioning unit which has two linearly independent, preferably mutually perpendicular, translating devices.
  • a radiographable and on the rotation platform arbitrarily positionable sample holder which can either be positioned on an attached on the rotation platform xy positioning and scanned in position or just as an external positioning robot can be positioned on the rotation table.
  • the fixation of the sample holder can mechanically or magnetically or in any other way. For example, electromagnetically or by vacuum.
  • the rotor of the rotation platform or the holder may have an X-Y positioning unit for lateral object positioning with respect to the axis of rotation.
  • the holder may be fixed to the stator by means of a dockable positioning unit on the stator, i. Mounted on the fixed part of the rotation platform or positioned laterally with respect to the axis of rotation by means of a positioning robot and in any manner (e.g., magnetic, electrostatic or vacuum) on the rotor, i. be fixed to the rotation platform of the rotary table.
  • the positioning or grid unit and sample holder offer the functionality of positioning and scanning macroscopic areas of the sample with microscopic accuracy. Successively, various object areas are scanned and reassembled using computer-aided image analysis.
  • the tilt angle of the rotation axis of the rotation platform is variably adjusted via a mechanical tilting technique.
  • the X-ray source and the detector are immovably arranged, allowing a high positioning and repeat accuracy of the measurements. That is, the optical axis of the radiation source to the detector can be oriented at an angle to each other, but need not be arranged to be movable.
  • the radiation is transmitted from a radiation source to a detector unit (detector and, for example, associated optical elements such as monochromators, filters, mirrors, focusing elements such as Fresnel zone plates or KB mirror systems, collimators).
  • a detector unit detector and, for example, associated optical elements such as monochromators, filters, mirrors, focusing elements such as Fresnel zone plates or KB mirror systems, collimators.
  • detector unit detector and, for example, associated optical elements such as monochromators, filters, mirrors, focusing elements such as Fresnel zone plates or KB mirror systems, collimators.
  • different sections between object and detector are adjustable. Different contrast mechanisms (eg absorption, anomalous absorption, phase contrast, diffraction, scattering, Fluorescence) are used.
  • the high spatial precision of the axis of rotation is realized by the use of one or more fluid bearings (e.g., based on known geometries, e.g., H or dome cross section) in the rotary platform, thereby achieving high positioning accuracies and reproducibility in the range of 1 ⁇ m and below.
  • fluid gases such as air, nitrogen or argon
  • liquids such as oils, water, liquid metals or alcohols
  • the tilt angle may preferably be adjusted by a parallel kinematic mechanism (e.g., commercial tripods or hexapods) on which the rotary stage is supported.
  • a parallel kinematic mechanism e.g., commercial tripods or hexapods
  • all actuators in parallel kinematics act directly on the same moving platform. This has the following advantages: lower mass inertia, no moving cables, low center of gravity, no accommodation of guide errors and more compact design.
  • the tilt angle can also be adjusted by a serial kinematics.
  • each actuator In contrast to parallel kinematics, each actuator has its own positioning platform. There is a clear actuator / axis assignment.
  • lasers may preferably be installed in the rotation platform.
  • the laser beams generated herewith are preferably not perpendicular to the axis of rotation but are inclined away at an angle greater than 90 °, so that the beams fan out.
  • detectors for the localization of the laser beams are preferably permanently installed, of which one knows the spatial coordinates relative to the origin of the axis of rotation.
  • Fig. 1 a shows the basic structure for tomography.
  • Fig. 1 b shows the basic structure for laminography with a compact
  • Fig. 2 shows the structure of the rotary apparatus according to the invention
  • Fig. 3 shows integrated lasers in the rotary table for determining the position of the axis of rotation.
  • Fig. 4 shows the structure of Figure 3 in the plan
  • FIG. 5 shows embodiments of the rotation platform according to the invention in FIG.
  • Fig. 5a shows schematically the use of the rotary table with the object positioned outside the rotation bearing
  • Fig. 5b with the object positioned inside the rotation bearing for expanding the usable area of the laminography angle ⁇ .
  • the beam path in laminographic investigations is explained with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the X-ray beam impinges on the object 2 to be examined via optical elements 20, such as monochromators 1a, filters or focusing optics.
  • the object 2 is fixed on the rotation platform 4 with the axis inclination unit 8 and is rotated stepwise about the rotation axis 10.
  • the angle between the axis of rotation 10 and the beam axis of the X-ray beam 11 is referred to as tomographic angle 15.
  • hit these are applied to the detector 3.
  • FIG. 1 the example according to FIG.
  • optical elements 21 eg focusing X-ray optics, analyzers, filters
  • the intensity of the X-rays arriving at the detector 3 is measured in a two-dimensionally resolved manner. As it passes through the object, it indicates the modality of the local intensity distribution.
  • the detector 3 may consist of many small segments (pixels), so that a two-dimensional image can be recorded digitally with a high spatial resolution. In order to achieve a high spatial resolution in the reconstruction of the images, it must be ensured that the individual volume elements of the object 2 lie as possible on an exact circular path about the axis of rotation 10.
  • the rotary platform 4 shown in Fig. 2 has a hole 5 in its center. Through this hole, the X-rays can penetrate the rotation table without suffering additional weakening or distraction.
  • the size of this recess measures 110 mm in diameter in the given embodiment.
  • the total positioning error of the rotary platform 4 at the sample location is between 0 ° and 45 ° for different tilt angles 9 and less than 0.5 micrometers for maximum object masses of 1.5 kg. These requirements require a very accurate storage of the rotation platform. This is achieved by means of air bearing 7. Since at the same time a large area for the transmitted light is desired, a compatible axis-tilting unit 8 must be used.
  • both the height of the rotation platform 4 and the tilt angle 9 can be adjusted without the beam path is obstructed.
  • An inclination of the axis of rotation 10 between 20 and 45 degrees with respect to the beam axis 11 thus achieves beam cross sections of a maximum of 4 ⁇ 4 mm 2 , without the occurrence of a stray beam approach.
  • Achsneigeech 8 a commercial parallel kinematics (eg SpaceFAB design of the company Micos GmbH, Eschbach) is used in this embodiment. With its three articulated arms so all necessary height settings and tilt angle 9 are set. The Achsneigeech 8 is mounted on a granite stone, whereby a high thermal and mechanical stability is achieved. By the method of only one axis (articulated arm) for the adjustment of the tilt angle 9 also a maximum of repeatability is achieved. The maximum specimen mass is at angles 9 from 20 degrees to 60 degrees at least 1, 5 kg.
  • the rotation platform 4 is connected by means of solid joints / needle bearings 16 with the Achsneigeech 8.
  • the air bearing 7 is designed as H-type or alternatively as a dome and is made of stainless steel or a high-strength aluminum alloy with subsequent hard anodized surface.
  • the rotary drive is achieved by means of a transverse force-compensated belt drive with a permanently mounted U-turn and variable drive unit with a belt reduction factor of 8: 1.
  • the drive unit is designed for a DC motor or stepper motor, optionally equipped with backlash-free gearbox.
  • the rotation platform 4 is also equipped with a high resolution angle measuring system.
  • the XY positioning unit 6 is used to hold the samples and is by means of a magnetically biased, air- or slide-mounted sample support frame 12 with lateral guide surfaces on the stator (ie fixed to the fixed part of the rotation platform 4.
  • standard interchangeable frames can also be used here, whereby sample dimensions of up to about 150 mm * 150 mm * 5 mm can be handled well
  • the rotation axis magnetically coupled sample support frame 12 allows the positioning of each lateral position of the samples by means of retractable, that is not in contact with the rotation, linear axes
  • the translation axes are attached to the starter, ie the fixed part of the rotation platform and touch during the scan (rotation)
  • the object or its support frame is moved up to the support frame (in the case of the rotation platform), coupled (in the previ - ous case magnetically), and then the support frame together with the support frame By supplying compressed air through the on two side
  • the sample support frame 12 can be moved floating on an air cushion or on a material with a low coefficient of sliding
  • laser 13 are fixedly mounted on the rotation platform 4.
  • the laser beams are not perpendicular to the axis of rotation, but inclined, so that the laser beams fan out.
  • eight laser detectors 14 are permanently installed for the location of the laser beams, of which one knows the spatial coordinates relative to the origin of the axis of rotation.
  • a target - actual adjustment is possible.
  • the laser detectors 14 can be arranged around the rotation platform 4 such that a large angular range of the tilt angle 9 of the rotation platform 4 is covered and the x-ray beam 11 is not disturbed or influenced.
  • the two embodiments illustrate the technical solution of the task.
  • the rotary table according to the invention operates with high object positioning accuracy and at the same time has a low aspect ratio (overall height to diameter) and the in-out-of-the-box rotation table (ape rtu r) for beam applications.
  • An object can thus be examined from different directions of incidence over a large range of the laminography angle ⁇ and has thus overcome the disadvantages of the prior art.
  • FIG. 5 the rotary apparatus with the incorporated rotary bearing 17 and the rotation platform 4 connected therebetween is shown in section.
  • Embodiments are indicated: in Fig. 5a with the object 2 arranged outside the rotation bearing, in Fig. 5b with the object within the same.
  • the former embodiment has the advantage that the object itself may be larger than the inner diameter of the rotation bearing, the latter has the advantage that the laminography angle ⁇ can be extended over the former variant.
  • Object 2 which is transilluminated by the beam 11, is located in the region of
  • the rotation platform 4 covers the inner diameter 19 of the Rotation bearing and carries the object 2 in the recess 5, which allows the beam 11 to pass.
  • the rotation table is arranged with the object which allows the object to be irradiated at a shallower angle.
  • the size t represents the distance of the sectional image of the object to be scanned from the point of intersection of the nearest upper edge 18 of the rotary bearing 17.
  • Optical elements eg focusing X-ray optics, filters

Abstract

The present application relates to a rotating table comprising a rotation platform (4) for laminographic examinations using radiation, wherein the rotation platform (4) comprises a recess (5) disposed around the axis of rotation (10).

Description

Rotationstisch für räumlich hochauflösende Computer-Laminographie Rotation table for spatially high-resolution computer laminography
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationstisch und eine darauf angepasste technische Realisierung für die Laminographie, Radiographie und Tomographie.The present invention relates to a rotary stage and adapted technical realization for laminography, radiography and tomography.
Tomographische Methoden basieren auf der Abtastung eines Objektes aus unterschiedlichen Einfallsrichtungen mittels eindringender, durchdringender oder ausdringender Strahlung und dienen, gekoppelt mit geeigneten Rekonstruktionsverfahren, der zerstörungsfreien Abbildung von Querschnitten des Objektes. Insbesondere die Verfahren der Laminographie oder Tomosynthese werden vorwiegend zur Untersuchung flacher und lateral ausgedehnter Objekte verwendet. Diese seit Jahren vielfältig genutzten Verfahren erlauben es, Querschnittsbilder von verschiedenen Ebenen innerhalb einer Probe zu erhalten. U.a. werden zweidimensionale, digitale Aufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen computergestützt ausgewertet und zu dreidimensionalen Bilder mit hohem Bildkontrast zusammengesetzt.Tomographic methods are based on the scanning of an object from different directions of incidence by means of penetrating, penetrating or penetrating radiation and serve, coupled with suitable reconstruction methods, the non-destructive imaging of cross-sections of the object. In particular, the methods of laminography or tomosynthesis are used predominantly for examining flat and laterally extended objects. These methods, which have been used for many years, allow cross-sectional images of different levels within a sample to be obtained. Et al Two-dimensional, digital images from different directions are evaluated computer-aided and assembled into three-dimensional images with high image contrast.
Die dreidimensionale Information über die äußere Form und die innere Struktur des durchstrahlten Objektes ist mittels Röntgen-Projektion nicht direkt zugänglich, da sich die Information unterschiedlicher Eindringtiefen beim Durchdringen des Strahles aufsummieren und schließlich nur ein integraler Wert pro Pixel auf dem Detektor registriert wird. Das Problem besteht darin, die Überlagerung von räumlich getrennten Regionen in verschiedenen Tiefen aufzulösen. Das erreicht man, indem viele unterschiedliche Strahlrichtungen miteinander kombiniert werden und entsprechende, in der Fachliteratur bekannte, Filter und Korrekturen eingerechnet werden. Dieses erfordert nicht nur einen erheblichen mathematischen Aufwand sondern auch eine hohe mechanische Wiederholgenauigkeit der Messbedingungen. Trotz aller Korrekturen kommt es dabei immer wieder zu Fehlern in der Abbildung, welche auch als Artefakte bekannt sind.The three-dimensional information about the external shape and the internal structure of the irradiated object is not directly accessible by means of X-ray projection, since the information of different penetration depths summed up when penetrating the beam and finally only one integral value per pixel is registered on the detector. The problem is to resolve the superposition of spatially separated regions at different depths. This can be achieved by combining many different beam directions and by including corresponding filters and corrections known in the specialist literature. This requires not only a considerable mathematical effort but also a high mechanical repeatability of the measurement conditions. In spite of all the corrections, there are always errors in the image, which are also known as artifacts.
Es gibt mehrere Möglichkeiten unterschiedliche Strahlrichtungen zu erzeugen. Üblicherweise werden zwei der drei Hauptkomponenten (Strahlungsquelle, Objekt, Detektor) hierbei koordiniert zueinander (z.B. auf koordinierten Kreisbahnen bei der zirkulären Laminographie) bewegt und deren relative Position zueinander gemessen. Eine große Anzahl der realisierten technischen Lösungen (siehe Avinash et al. US 2006/0204076 A1 ) beruhen darauf, dass die Strahlungsquelle und der Detektor bewegt werden und das zu untersuchende Objekt auf einer fixierten Position verbleibt. Es ist leicht nachvollziehbar, dass fast alle Tomographieanlagen der Medizintechnik auf eine fixe Position des Patienten, also des Objektes, abzielen.There are several ways to create different beam directions. Usually, two of the three main components (radiation source, object, Detector) here coordinated to each other (eg on coordinated circular paths in the circular laminography) moves and measured their relative position to each other. A large number of the implemented technical solutions (see Avinash et al US 2006/0204076 A1) are based on the fact that the radiation source and the detector are moved and the object to be examined remains in a fixed position. It is easy to understand that almost all tomography systems of medical technology aim at a fixed position of the patient, ie the object.
Für Materialanalysen oder techn ische Bauteilprüfung kann aber auch d ie Strahlungsquelle und der Detektor fixiert werden und nur das Objekt wird bewegt. In der Computer-Tomographie (CT) wird dabei das Objekt einer Rotation unterzogen. Dabei fällt der Strahl senkrecht auf die Rotationsachse, durchdringt das Objekt und die auftreffende Intensität der Strahlung wird auf dem Detektor registriert. Das Objekt wird schrittweise um d ie Rotationsachse (senkrecht zur Strahlachse ausgerichtet) gedreht und so entstehen viele, zumeist einige hundert Aufnahmen des Objektes aus unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen. In der Medizintechnik mit fixiertem Objekt/Patient entspricht dies der Ausführung zweier konzentrischer Vollkreise (von Quelle und Detektor) um das Objekt herum, wobei die optische Achse u m d ie zu untersuchende Stel le des Objektes rotiert. Fü r Objekte eher rotationssymmetrischer (zylindrischer) Form, die so montiert werden können, dass deren Projektion während der Rotation immer im Gesichtsfeld das Detektors bleibt, ist die CT mathematisch exakt (zumindest auf der optischen Achse, die üblicherweise senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtet ist) und gut zur Abbildung von Querschnitten oder 3D-Bildern geeignet. Jedoch bei Objekten, die eine große laterale Ausdehnung, jedoch eine geringe Dicke aufweisen, wie beispielsweise flache Materialproben, Elektronikplatinen oder gar ein Gemälde, ist die Tomographie nur sehr begrenzt einsetzbar, da in Durchstrahlungsrichtungen parallel zur Oberfläche die Röntgentransmission gegen Null strebt und somit keine zuverlässige Information aus diesen Richtungen gewonnen werden kann, wodurch üblicherweise starke Artefakte im rekonstruierten Bild entstehen.For material analysis or technical component testing, however, the radiation source and the detector can also be fixed and only the object is moved. In computer tomography (CT), the object is subjected to rotation. The beam falls perpendicular to the axis of rotation, penetrates the object and the incident intensity of the radiation is registered on the detector. The object is rotated step by step around the axis of rotation (aligned perpendicular to the beam axis), resulting in many, mostly several hundred shots of the object from different directions of transmission. In medical technology with fixed object / patient, this corresponds to the execution of two concentric full circles (of source and detector) around the object, with the optical axis rotating and the position of the object to be examined. For objects of rather rotationally symmetric (cylindrical) shape, which can be mounted so that their projection always remains within the field of view of the detector during rotation, CT is mathematically accurate (at least on the optical axis, which is usually perpendicular to the axis of rotation) and good for imaging cross sections or 3D images. However, for objects that have a large lateral extent, but a small thickness, such as flat material samples, electronic boards or even a painting, the tomography is very limited use, since in the radiation directions parallel to the surface, the X-ray transmission tends to zero and thus no reliable Information from these directions can be obtained, which usually creates strong artifacts in the reconstructed image.
Laminographieverfahren vermeiden solche Durchstrahlungsrichtungen, in denen die lange Ausdehnung des flachen Objektes parallel zur optischen Achse steht. Die Geometrien der Bildaufnahme führen zwar ebenfalls zu Artefakten im rekonstruierten Bild, sind jedoch in weiten Anwendungsfeldern weniger stark ausgeprägt als jene der CT. Verschiedene Konzepte laminographischer Verfahren mit unterschiedlichen Abtastgeometrien und entsprechenden instrumentellen Realisierungen sind bekannt. Eine instrumentell einfach zu realisierende Variante basiert zum Beispiel auf der Translation des Objektes in einem divergenten Fächerstrahl, der zur Gewinnung der unterschiedlichen Durchstrahlungsrichtungen dient (Gondrom et al, Nuclear Engineering and Design 190 (1999) Seiten 141-147). Andere instrumentell komplexere Verfahren nutzen beispielsweise synchronisierte Bewegungen von Quelle und Detektor (siehe James T Dobbins IM, Phys. Med. Biol. 48 (2003) R65- R106).Laminography methods avoid such transmission directions in which the long extension of the flat object is parallel to the optical axis. Although the geometries of image acquisition also lead to artifacts in the reconstructed image, they are less pronounced in a wide range of applications than those of CT. Various concepts of laminographic methods with different scanning geometries and corresponding instrumental implementations are known. An instrumentally easy to implement variant is based for example on the translation of the object in a divergent fan beam, which serves to obtain the different transmission directions (Gondrom et al, Nuclear Engineering and Design 190 (1999) pages 141-147). Other instrumentally more complex methods use, for example, synchronized movements of source and detector (see James T. Dobbins IM, Phys. Med. Biol. 48 (2003) R65-R106).
Bei der der zirkulären Laminogaphie vollführen Quelle und Detektor im Gegensatz zur CT keine konzentrischen Vollkreise mehr um die zu untersuchende Stelle herum, sondern die beiden Kreise haben keinen gemeinsamen Mittelpunkt. Ähnlich der CT rotiert die optische Achse ebenso um die zu untersuchende Objektstelle, verläuft jedoch während der Abtastung auf einem Kegelmantel (bei der CT auf einer Kreisscheibe). Im Falle des fixierten Objektes bilden die optische Achse und die Rotationsachse keinen Winkel von 90°, sondern einen kleineren, jedoch genau bekannten Winkel. Auf die Äquivalenz der beiden Abbildungsweisen mit fixer und mobiler optischer Achse weist Stevens (Stevens et al. Med. Phys. 28, pp. 1472-1481 , 2001 ) hin. Die Definition des tomographischen Winkels, theta = 90° - alpha (θ = 90°- α), ist abhängig vom Neigungswinkel alpha der Rotationsachse aus der Normalen bzgl. der optischen Achse, wobei theta der Hälfte des Öffnungswinkels des oben beschriebenen Kegelmantels entspricht. Der (Achs)-Neigewinkel alpha liegt typischerweise zwischen 20 und 60 Grad. Bei der Tomographie beträgt der Achsneigewinkel hingegen genau 0 Grad. Wie im Falle der CT wird das Objekt bei der Laminographie auch entweder kontinuierl ich oder schrittweise um d ie Rotationsachse gedreht, wobei eine Vielzahl von einzelnen, zweidimensionalen Aufnahmen aus dem Detektor ausgelesen werden. Einzelheiten zum Verfahren und zu Auswertealgorithmen sind unter anderem bei Smith in US 2005/0084173 A1 und Jabri et al. US 2004/0008900 A1 aufgeführt. Mittels der Laminographie können so zerstörungsfreie Untersuchungen von flachen Materialproben, wie Beispielsweise von Leiterplatten mit montierten elektronischen Bauelementen, vorgenommen werden (Baker et al. EP 0 355 128 B1 oder auch Helfen et al. APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 071915 - 2005). Die Auflösungsgrenzen und so die resultierende kleinste, sinnvoll rekonstruierbare, dreidimensionale Einheit, ein Voxel, wird aber stark durch die Positionierungsgenauigkeit der Probe beeinflusst. Positionierungsfehler schlagen sich als Artefakte im rekonstruierten Bild nieder, die effektiv die erreichte Auflösung reduzieren.In the case of circular laminography, in contrast to CT, the source and detector no longer make concentric circles around the point to be examined, but the two circles have no common center. Similar to the CT, the optical axis also rotates around the object site to be examined, but runs on a cone surface during the scan (in CT on a circular disk). In the case of the fixed object, the optical axis and the axis of rotation form no angle of 90 °, but a smaller, but precisely known angle. Stevens (Stevens et al., Med. Phys., 28, pp. 1472-1481, 2001) points to the equivalence of the two imaging modes with fixed and mobile optical axes. The definition of the tomographic angle, theta = 90 ° -α (θ = 90 ° -α), is dependent on the angle of inclination alpha of the axis of rotation from the normal with respect to the optical axis, wherein theta corresponds to half the opening angle of the above-described cone shroud. The (axis) pitch angle alpha is typically between 20 and 60 degrees. In the case of tomography, however, the axial tilt angle is exactly 0 degrees. As in the case of CT, in laminography, the object is also rotated either continuously or incrementally about the axis of rotation, with a multiplicity of single, two-dimensional images being read out of the detector. Details of the method and evaluation algorithms are inter alia in Smith in US 2005/0084173 A1 and Jabri et al. US 2004/0008900 A1. By means of laminography, non-destructive examinations of flat material samples, such as printed circuit boards with mounted electronic components, can be carried out (Baker et al., EP 0 355 128 B1 or also Helfen et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 071915 - 2005). However, the resolution limits and thus the resulting smallest, meaningfully reconstructable, three-dimensional unit, a voxel, is strongly influenced by the positioning accuracy of the sample. Positioning errors are reflected as artifacts in the reconstructed image that effectively reduce the resolution achieved.
Um nun eine gute Ortsauflösung zu erhalten, muss die Position des Objektes relativ zur Strahlrichtung (optische Achse) als auch zur idealen Rotationsachse sehr genau bekannt sein. Es ist daher wichtig, für eine präzise oder zumindest reproduzierbare Objektpositionierung für alle Einfallsrichtungen des Strahls zu sorgen, sodass das Objekt mit höchstmöglicher Genauigkeit abgetastet und damit mit höchstmöglicher Bildqualität rekonstruiert werden kann. Weil bei erstrebter hoher räumlicher Auflösung (beispielsweise Auflösungen im Sub-Mikrometer-Bereich) das Untersuchungsobjekt häufig klein und leicht sein kann, ist für solche Untersuchungen eine Versuchsanordnung mit fest eingestelltem Strahl und Detektor vorteilhaft.In order to obtain a good spatial resolution, the position of the object relative to the beam direction (optical axis) and to the ideal axis of rotation must be known very precisely. It is therefore important to ensure precise or at least reproducible object positioning for all directions of incidence of the beam, so that the object can be scanned with the highest possible accuracy and thus reconstructed with the highest possible image quality. Because the desired high spatial resolution (for example, resolutions in the sub-micron range), the object under investigation can often be small and light, a test arrangement with fixed beam and detector is advantageous for such investigations.
Stevens et al. Med. Phys. Vol. 28 (No. 7), JuIy 2001 Seiten 1472-1481 , hat den Einfluss der präzisen mechanischen Justage der Rotationsachse auf die Bildqualität und deren Auflösung untersucht. Hierbei ist er von einer fixen Röntgenquelle mit fixem Detektor ausgegangen. Die Röntgenquelle sendet dabei divergierende Strahlen aus, so dass sich eine entsprechende Vergrößerung bei der Projektion der Röntgenstrahlung durch die Probe auf den Detektor ergibt. Die Probe liegt hierbei auf einem Probentisch, der sich um eine zum Strahlengang geneigte Achse dreht. Er schlägt hierfür einen Drehtisch mit durchstrahlter Objektplattform vor. Es ist hierzu anzumerken, dass ein durchstrahlter Probentisch den Strahl zusätzlich schwächt und somit als unbeabsichtigter Filter wirkt, so dass Artefakte entstehen können. Zudem hat ein durch strahl barer Probenhalter den Nachteil, dass er Strahlung energieabhängig absorbiert (und dadurch nicht alle Energiebereiche gleich gut nutzbar sind), und im Falle von weißer Strahlung mit weitem Energiebereich das Energiespektrum verändert. Durch unvermeidbare Herstellungs- oder Materialfehler, selbst bei sorgfältiger Fertigung, sowie durch Verschmutzung (durch z.B. Staub) oder Abnutzung, können Defekte am und im Probentisch entstehen. Auch diese kleinen Fehler führen zu ungewollter Absorption, Streuung oder Beugung, was dann resultierend aus der Inhomogenität weitere Artefakte (z.B. Cloetens et al, J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) pp. 133-146) verursacht. Um auswertbare Bilder zu erhalten, schlägt Stevens et al. einen speziellen Auswerte-Algorithmus vor. Er stellt fest, dass die räumliche Auflösung im finalen Bild in starkem Maße von der Auflösungsgrenze des verwendeten Detektors, der Größe der Röntgenquelle und den Interpolations- Schritten bei der Rekonstruktionstechnik der Bilddaten abhängt. Eine erhöhte Genauigkeit bei der geometrischen Positionierung der Probe ist in typischen medizinischen Anwendungen nicht von herausragender Bedeutung. Für medizinische Anwendungen ist die beschriebene Instrumentierung sicherlich der Stand der Technik, doch für Auswertungen mit räumlicher Auflösung im SubMikrometer Bereich ist eine geometrische Positionierung des Objektes mit Genauigkeiten in der gleichen Größenordnung wie der zu erzielenden Auflösung nötig.Stevens et al. Phys. Phys. Vol. 28 (No. 7), June 2001 pages 1472-1481, has studied the influence of the precise mechanical adjustment of the rotation axis on the image quality and its resolution. He started from a fixed x-ray source with a fixed detector. The X-ray source emits diverging beams, so that a corresponding increase in the projection of the X-radiation through the sample results on the detector. The sample lies on a sample table which rotates about an axis inclined to the beam path. He proposes a turntable with an illuminated object platform. It should be noted that an irradiated sample stage additionally weakens the beam and thus acts as an unintentional filter, so that artifacts can arise. In addition, a beam barer sample holder has the disadvantage that it absorbs energy dependent energy (and thus not all energy ranges equally well usable), and in the case of white radiation with a wide energy range changes the energy spectrum. Unavoidable manufacturing or material defects, even with careful production, as well as contamination (eg dust) or wear, can cause defects on and in the sample table. These small defects also lead to unwanted absorption, scattering or diffraction, which then causes further artifacts (eg Cloetens et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 29 (1996) pp. 133-146) as a result of the inhomogeneity. In order to obtain evaluable images, Stevens et al. a special evaluation algorithm. He notes that the spatial resolution in the final image depends to a large extent on the resolution limit of the detector used, the size of the X-ray source and the interpolation steps in the reconstruction technique of the image data. Increased accuracy in geometrically positioning the sample is not of paramount importance in typical medical applications. For medical applications, the described instrumentation is certainly the state of the art, but for sub-micron spatial resolution evaluations, geometrical positioning of the object with accuracies of the same order of magnitude as the resolution to be achieved is necessary.
Gary schlägt in US 2005/0265517 A1 den Einsatz von CRL-Röntgenlinsen (Compound refractive lens) vor, um die Auflösung zu verbessern. In vielen Anwendungen werden Mikrofokus-Röntgenröhren genutzt, um vergrößerte radiographische Aufnahmen zu machen. Dieses Verfahren beruht auf einem geometrischen Schattenwurf auf einen Detektor. Gary stellt fest, dass die Auflösung dabei begrenzt ist durch die Quellgröße der Mikrofokus-Röntgenröhre, wodurch die Auflösungsgrenze bei ca. 5 μm, also in etwa der Größe des Brennflecks, liegt. Er schlägt daher zur Verbesserung der räumlichen Auflösung vor, CRL-Röntgenlinsen für eine Fokussierung des Röntgenstrahles einzusetzen. Der Nachteil hierbei ist, dass eine zusätzliche Komponente eingebaut und justiert wird. Zudem zeigen CRL's ein wellenlängenabhäng iges Fokussierungsverhalten , so dass bevorzugt monochromatische Strahlung dafür eingesetzt werden sollte. Bei Röntgenröhren ist die Photonenausbeute aber bereits begrenzt, so dass ein weiterer Intensitätsverlust durch Filterung der Strahlung zu extrem langen Belichtungszeiten führt. Hierbei kann der Einsatz von Synchrotronstrahlung von Vorteil sein, da deren Brillanz um Größenordnungen höher liegt als die von normalen Röntgenröhren. Interessant ist, dass die Auflösung bei einer derartigen Anordnung in weiten Bereichen von den Eigenschaften der Röntgenlinse und der gewählten Vergrößerung abhängen soll und nicht mehr so sehr von der Quellgröße, also der Größe des Brennflecks. Letztlich muss auch hierbei wieder die Position des Objektes wohl bekannt sein.In US 2005/0265517 A1 Gary proposes the use of CRL X-ray lenses (compound refractive lens) to improve the resolution. In many applications, microfocus X-ray tubes are used to make enlarged radiographic images. This method is based on a geometric shadow on a detector. Gary notes that the resolution is limited by the source size of the microfocus X-ray tube, so that the resolution limit is about 5 microns, about the size of the focal spot. He therefore proposes to improve the spatial resolution to use CRL X-ray lenses for focusing the X-ray beam. The disadvantage here is that an additional component is installed and adjusted. In addition, CRLs show a wavelength-dependent focussing behavior, so that preferably monochromatic radiation should be used for this purpose. In X-ray tubes, the photon yield is already limited, so that a further loss of intensity By filtering the radiation leads to extremely long exposure times. In this case, the use of synchrotron radiation may be advantageous since their brilliance is orders of magnitude higher than that of normal x-ray tubes. It is interesting that the resolution in such an arrangement should depend in many areas on the properties of the X-ray lens and the selected magnification and not so much on the source size, so the size of the focal spot. Finally, the position of the object must be well known again.
Die hohen Anforderungen an die Objektpositionierung ist mit derzeit bekannten und kommerziell erhältlichen Rotationstischen nicht oder nur eingeschränkt möglich. Traditionell gelagerte Rotationstische mit Kugel-, Rollen- oder Kegellagern existieren seit Jahrzehnten mit relativ niedrigem Aspektverhältnis und großem Durchlicht (zum Beispiel Eulerkreise), aber ihre räumliche Positioniergenauigkeit ist deutlich schlechter als ein Mikrometer.The high demands on the object positioning is not or only partially possible with currently known and commercially available rotary tables. Traditionally mounted rotary tables with ball, roller or tapered bearings have existed for decades with relatively low aspect ratio and high transmitted light (for example, Euler circles), but their spatial positioning accuracy is significantly worse than a micrometer.
Die Tomographie wird normalerweise nur mit „kompakten" Drehtischen durchgeführt. Diese massiven Rotationstische erfordern deshalb einen Strahlgang, der außerhalb des Tischkreises verläuft. Diese exzentrische Strahlführung geht ober- oder unterhalb (zumindest außerhalb) des Rotationslagers, also an der Rotationsplattform und seiner rotierenden Plattform vorbei. Die exzentrische Strahlführung hat den Nachteil der abstandsabhängig erhöhten Taumelwirkung auf die Exzentrizität am Probenort. Die Ursachen sind der Einfluss des Achstaumels (Wobbel) der Rotationsachse auf die Exzentrizität der Abtastbewegung am Montageort des Objekts, der mit größer werdendem Abstand linear anwächst. Darüber hinaus erfordert die exzentrische Strahlführung im Falle der Laminographie zusätzlich einen durchstrahlbaren Probenhalter, der Strahlung absorbiert und Inhomogenitäten aufweist, möglicherweise eine Abschattung beziehungsweise teilweise Absorption mit sich führt oder eine parasitäre Streuung des Strahls durch den Objekthalter hervorruft.The tomography is usually done only with "compact" turntables, so these massive rotary stages require a beam path that runs outside the table circle, and this eccentric beam passes above or below (at least outside) the rotation bearing, ie the rotating platform and its rotating platform The eccentric beam guidance has the disadvantage of the distance-dependent increased wobbling effect on the eccentricity at the sample location, due to the influence of the axis wobble of the rotation axis on the eccentricity of the scanning movement at the mounting location of the object, which increases linearly with increasing distance the eccentric beam guide in the case of laminography in addition a durchstrahlbaren sample holder which absorbs radiation and has inhomogeneities, possibly a shading or partial absorption with it leads or a parasitic Str euung the beam caused by the object holder.
Ein alternativer, hier zentrisch benannter Strahlengang, verläuft durch das Lager der Rotationsplattform hindurch. Hierbei werden zumeist durchstrahlbare Rotationstische verwendet, welche wieder das bereits beschriebene Problem der Artefaktbildung verursachen. Insbesondere bei hochauflösenden Untersuchungen ist die Artefaktanfälligkeit, hervorgerufen durch einen „parasitären" Phasenkontrast, welcher durch durchstrahlte Bereiche des Probenhalters oder der Proben Plattformen hervorgerufen wird, stark erhöht. Das i st d a ri n beg rü nd et, d ass d ie Quellgröße/Strahlungsdivergenz zum Erreichen der Auflösung minimiert werden muss, sodass ein parasitärer Phasen kontrast durch Streuung am Objekthalter und anschließende Propagation des Wellenfeldes damit einhergeht.An alternative, here centric named beam path, passes through the bearing of the rotation platform. Here are usually durchstrahlbare rotary tables which again cause the problem of artifact formation already described. Particularly in high-resolution studies, the susceptibility to artifacts, caused by a "parasitic" phase contrast, which is caused by irradiated areas of the sample holder or of the sample platforms, is greatly increased, which predicts the source size / radiation divergence must be minimized to achieve the resolution, so that a parasitic phase contrast by scattering on the object holder and subsequent propagation of the wave field is accompanied.
Eine Alternative hierzu sind Durchlicht-Dreh kreise. Diese g ibt es zwar fü r Diffraktometer, aber dort sind sie als Eulerkreise ausgelegt. Diese kommerziell verfügbaren Eulerkreise weisen jedoch für die Laminographie ein zu hohes Aspektverhältnis auf und bieten im Achstaumel und der Exzentrizität ungenügende Positionierungsgenauigkeit für die Mikrolaminographie. Das Problem besteht also darin, dass einerseits das Durchlicht durch den Rotationstisch nicht groß genug und andererseits auch die Präzision am Probenort nicht ausreichend ist.An alternative to this are transmitted light rotation circles. This is true for diffractometers, but there they are designed as Euler circles. However, these commercially available Euler circles have a too high aspect ratio for the laminography and offer Achstaumel and the eccentricity insufficient positioning accuracy for the microlaminography. The problem is that on the one hand the transmitted light through the rotary table is not big enough and on the other hand the precision at the sample location is not sufficient.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine konzeptionell und technisch realisierbare Lösung für hochauflösende Laminographie und Tomographie und ähnl icher Verfahren herauszuarbeiten, die ohne die Forderung nach einem zu durchstrahlenden Probenhalter als auch ohne exzentrischen Strahlverlauf grundsätzlich funktioniert und in ihrer technischen Realisierung auch eine hohe Objekt-Positionierungsgenauigkeit oder zumindest eine hohe Reproduzierbarkeit der Objekt-Positionierung und, wegen des großen Durchlichtbereiches (Apertur), gleichzeitig d ie Durchstrahlbarkeit des Objektes unter mögl ichst variabler Achsneigung sicherstellen kann. Hierbei sollen die Quelle und der Detektor während der Messung fixiert bleiben können, d.h. es wird ein während der Messung fixierter horizontaler, vertikaler oder geneigter Strahlengang bevorzugt, da im Falle hochauflösender Messungen das zu untersuchende Objekt in der Regel leichter (d.h. mit weniger Masse versehen und damit mit weniger mechanischem Aufwand präzise zu positionieren ist) ist als die Strahlungsquelle oder der Detektor. Es kann eine neigbare Drehachse genutzt werden. Die erfindungsgemäße Lösung soll sowohl die Forderung nach einem zu durchstrahlenden Probenhalter als auch den exzentrischen Strahlverlauf für die Laminographie grundsätzlich vermeiden. Eine derartig technisch realisierte Lösung ist in der Laminographie gegenwärtig nicht bekannt.An object of the invention is to work out a conceptually and technically feasible solution for high-resolution laminography and tomography and similar methods, which basically works without the requirement for a sample holder to be irradiated as well as without eccentric beam path and in their technical realization also a high object positioning accuracy or at least a high reproducibility of the object positioning and, because of the large transmitted light area (aperture), at the same time ensure the transmittability of the object under possible variable axis inclination. In this case, the source and the detector should be able to remain fixed during the measurement, ie it is preferred during the measurement fixed horizontal, vertical or inclined beam path, as in the case of high-resolution measurements, the object to be examined usually lighter (ie provided with less mass and so that it can be precisely positioned with less mechanical effort) is as the radiation source or the detector. It can be used a tilting axis of rotation. The solution according to the invention is intended both the In principle, avoid the requirement for a sample holder to be irradiated and the eccentric beam path for laminography. Such a technically realized solution is not currently known in laminography.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete Rotationsapparatur mit einem Rotationstisch mit hoher Objekt-Positionierungsgenauigkeit (zumindest hoher Reprod uzierbarkeit der Objektposition ieru ng ) und m it n ied rigem Aspektverhältnis (Bauhöhe zu Durchmesser) und großem Durchlichtbereich (Apertur) für Strahlanwendungen herzustellen, in welchem ein Objekt aus verschiedenen Einfallsrichtungen und für alle Rotationswinkel (360 Grad) um die Rotationsachse untersucht werden kann. Der Rotationstisch soll die aufgeführten Nachteile des Standes der Technik überwinden, indem das Aspektverhältnis und das Durchlicht hohe tomographische Winkel (d.h. niedrige Neigewinkel der Rotationsachse aus der Strahlnormalen) unter beliebigen Einfallsrichtungen und ohne Abschattung oder teilweise Absorption oder Streuung des transmittierten und/oder des von der Probe gebeugten/gestreuten Strahls gestatten.Another object of the invention is to produce a suitable rotary apparatus having a rotary stage with high object positioning accuracy (at least high reproducibility of object position) and low aspect ratio (height to diameter) and large transmitted light area (aperture) for beam applications in which an object can be examined from different angles of incidence and for all angles of rotation (360 degrees) about the axis of rotation. The rotary table is to overcome the disadvantages of the prior art by the aspect ratio and the transmitted light high tomographic angle (ie, low tilt angle of the axis of rotation of the beam normal) under any directions of arrival and without shading or partial absorption or scattering of the transmitted and / or of the Allow sample diffracted / scattered beam.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine laterale Positionierung der Objekte bzgl. der Rotationsachse zu ermöglichen.Another object of the invention is to allow a lateral positioning of the objects with respect to the axis of rotation.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine laterale Abrasterung von makroskopischen Objekten zu ermöglichen.Another object of the invention is to enable lateral scanning of macroscopic objects.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Möglichkeit der Verwendung des Rotationstisches sowohl für Laminographie mit Durchlicht als auch für konventionelle Computer-Tomographie, also ohne Nutzung des Durchl ichtes, aber mit der Rotationsachse senkrecht zur Strahlrichtung ausgerichtet.Another object of the invention is the possibility of using the rotary table both for laminography with transmitted light and for conventional computer tomography, ie without the use of Durchl ichtes, but aligned with the axis of rotation perpendicular to the beam direction.
E i n e we i te re Aufg a be d e r E rfi n d u n g beste h t d a ri n , ve rsc h i ed e n e Kontrastmechanismen (z.B. Phasenkontrast) zur Bildgewinnung ohne Einschränkung einzubeziehen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Strahloptiken im instrumentellen Aufbau zur Erhöhung der räumlichen Auflösung oder zur Nutzung zusätzlicher Kontrastmechanismen zuzulassen.It is noteworthy that the best way to do this is to include contrasting mechanisms (eg, phase contrast) for image acquisition without limitation. Another object of the invention is to allow beam optics in the instrumental setup to increase the spatial resolution or to use additional contrast mechanisms.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch eine Rotationsapparatur mit einer Rotationsplattform für laminographische Untersuchungen mittels Strahlung gelöst, wobei die Rotationsplattform eine Aussparung ausweist, die um die Rotationsachse herum angeordnet ist und auf der Rotationsplattform eine Halterung für die zu untersuchenden Objekte angeordnet sein kann.The objects according to the invention are achieved by means of a rotation apparatus with a rotation platform for laminographic investigations by means of radiation, the rotation platform having a recess which is arranged around the axis of rotation and on which a rotation support for the objects to be examined can be arranged.
Hiermit wird konzeptionell eine technische Lösung beschrieben, die die erforderlichen Genauigkeiten und die Durchstrahlbarkeit der Probe mit großem Durchlichtbereich erlaubt. Die Rotationsapparatur mit der Rotationsplattform überwindet die aufgeführten Nachteile des Standes der Technik, indem das Aspektverhältnis und das Durchlicht für relevante Neigewinkel der Rotationsachse bezüglich des einfallenden Strahls für alle Rotationswinkel (360 Grad) des Tisches ohne Abschattung oder teilweise Absorption/Streuung der Strahlung des transmittierten und/oder des gebeugten Strahls gestatten. Diese erfindungsgemäße Lösung lässt sich auf alle Strahlanwendungen (beispielsweise auch Laser und Neutronenstrahlung) mit vergleichbaren Anforderungen an das Durchlicht, so auch unter Verwendung von fokussierter, divergenter, konvergenter oder paralleler Strahlung erstrecken. Die Probenachse kann, muss aber nicht geneigt werden, so dass der Aufbau sowohl zur Computer-Tomographie als auch zur Laminographie verwendet werden kann. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die optische Achse zur Einstellung des tomographischen Winkels zu neigen, wobei sie danach während der Abtastung (d.h. während des Scans) fixiert bleibt.This conceptually describes a technical solution which allows the required accuracies and the transmittability of the sample with a large transmitted-light range. The rotation apparatus with the rotation platform overcomes the disadvantages of the prior art by the aspect ratio and transmitted light for relevant tilt angles of the rotation axis with respect to the incident beam for all rotation angles (360 degrees) of the table without shading or partial absorption / scattering of the radiation of the transmitted and / or the diffracted beam allow. This solution according to the invention can be extended to all beam applications (for example laser and neutron radiation) with comparable requirements for transmitted light, thus also using focused, divergent, convergent or parallel radiation. The sample axis may or may not be tilted, so the setup can be used for both computed tomography and laminography. In addition, it may be advantageous to tilt the optical axis to adjust the tomographic angle, after which it remains fixed during the scan (i.e., during the scan).
Die um die Rotationsachse angeordnete Aussparung kann beliebige Ausgestaltung haben. So kann es sich um eine durchgehende kreisrunde (zylinderförmige) oderThe recess arranged around the axis of rotation can have any desired configuration. So it can be a continuous circular (cylindrical) or
(kegelförmige) Öffnung handeln. Ebenso sind aber auch andere beliebige (z.B. mit mehreckigem/polyedralem Querschnitt) Formen möglich. So durchdringen die Röntgenstrahlen ungehindert, ohne Absorption, Brechung oder Streuung zu erleiden, die Rotationsplattform.act (cone-shaped) opening. Likewise, however, other arbitrary (eg with polygonal / polyedral cross section) forms are possible. So penetrate the X-rays unhindered without suffering absorption, refraction or scattering, the rotation platform.
Für den raschen Wechsel des zu untersuchenden Objektes kann es wünschenswert sein, eine Halterung für die Objekte vorzusehen. Gleichförmige Objekte können so untereinander ausgetauscht und in Serie abgetastet werden werdenFor the rapid change of the object to be examined, it may be desirable to provide a holder for the objects. Uniform objects can thus be interchanged and scanned in series
Die Halterung für die unterschiedlichen Objekte dient zur Befestigung des Objektes und kann zur lateralen Positionierung der zu untersuchenden Region des Objektes bzgl . der Rotationsachse positioniert werden . Sie ist vorzugsweise als X-Y- Positioniereinheit mit zwei linear unabhängigen Translationsrichtungen ausgelegt, die vorzugsweise beide senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtet sind (und i.A. senkrecht zueinander ausgerichtet sind). Unter Translationseinheit ist eine Vorrichtung zur Positionierung des abzutastenden Objekts senkrecht zur Rotationsachse zu verstehen. Dabei ist auf eine möglichst geringe Bauhöhe zu achten, so dass der Strahlengang bei verschiedenen tomographischen Winkeln nicht zusätzlich durch die Translationseinheit abgeschattet wird. Durch die implementierte X-Y-Positioniereinheit wird weiterhin die Möglichkeit der lateralen Abrasterung makroskopischer Proben ermöglicht. Durch die Anordnung der X-Y-Positioniereinheit können unterschiedliche Objektbereiche mit der X-Y-Positioniereinheit eingestellt werden, die mit einer hohen Positioniergenauigkeit um die Rotationsachse rotieren und von den Strahlen, z.B. Röntgenstrahlen, durchdrungen werden.The holder for the different objects is used for attachment of the object and with respect to the lateral positioning of the region to be examined of the object respect. the axis of rotation are positioned. It is preferably designed as an X-Y positioning unit with two linearly independent translation directions, which are preferably both aligned perpendicular to the axis of rotation (and i.A. are aligned perpendicular to each other). Translation unit is to be understood as a device for positioning the object to be scanned perpendicular to the axis of rotation. It is important to ensure the lowest possible height, so that the beam path is not shadowed at different tomographic angles by the translation unit. The implemented X-Y positioning unit further enables the possibility of lateral scanning of macroscopic samples. By arranging the X-Y positioning unit, different object areas can be set with the X-Y positioning unit, which rotate around the rotation axis with a high positioning accuracy and are separated from the beams, e.g. X-rays, to be penetrated.
Durch die Wahl flacher Bauformen in Achsrichtung der Rotation und möglichst großen Abständen von der Achse der Rotationseinheit ergibt sich ein geringesBy choosing flat designs in the axial direction of the rotation and the largest possible distances from the axis of the rotary unit results in a low
Aspektverhältnis. Unter Aspektverhältnis ist das Verhältnis des freien Innenradius des Rotationslagers zur Höhe des Rotationslagers, in beiden Fällen inklusive dessenAspect ratio. Under aspect ratio is the ratio of the free inner radius of the rotation bearing to the height of the rotation bearing, in both cases including this
Aufnahme, optionellen mechanischen Verstärkungen und mögl icherweise abschattenden Anbauten wie z.B. der X-Y-Positioniereinheit gemessen, zu verstehen.Pick-up, optional mechanical reinforcements, and possibly shading attachments, e.g. measured the X-Y positioning unit to understand.
Der mechanisch verstellbare Rahmen der X-Y-Positioniereinheit kann zusätzlich magnetisch am Rotationstisch fixiert werden. Somit entsteht ein durchstrahlbarer und auf den Rotationstisch beliebig positionierbarer Probenbehälter, welcher entweder über eine auf der Rotationsplattform X-Y-Positioniereinheit positioniert und in der Postion gerastert werden kann oder zum Beispiel über eine externe Positionierrobotik auf der Rotationsplattform positioniert werden kann. Die Fixierung des Probenhalters kann mechanisch oder magnetisch oder auf beliebiger anderer Art erfolgen.The mechanically adjustable frame of the XY positioning unit can additionally magnetically fixed to the rotation table. Thus, a transilluminable and on the rotation table arbitrarily positionable sample container, which can either be positioned on one on the rotation platform XY positioning and rasterized in position or can be positioned for example via an external positioning robot on the rotation platform. The fixation of the sample holder can be done mechanically or magnetically or in any other way.
Erfindungsgemäß können auch von den zu untersuchenden Objekten emittierte Strahlungen genutzt werden. Dies gilt z.B. für den Fall, dass Radioisotope eingesetzt werden.According to the invention, radiations emitted by the objects to be examined can also be used. This is for example in the event that radioisotopes are used.
In Betracht kommen auch beliebige elektromagnetische Strahlungen (z.B. im Terahertzbereich, Licht im Infrarot-, Ultraviolett- oder sichtbaren Bereich, Röntgen- oder Gammastrahlung) oder Partikelstrahlung (z.B. Neutronen, Elektronen, Ionen).Also, any electromagnetic radiation (e.g., in the terahertz range, infrared, ultraviolet, or visible light, x-ray or gamma radiation) or particle radiation (e.g., neutrons, electrons, ions) may be considered.
Durch diese Anordnung ergibt sich eine große Apertur und ein geringes Aspektverhältnis . Der mechanisch verstellbare Rahmen der x-y-Positioniereinheit kann zusätzlich magnetisch an der Rotationsplattform fixiert werden.This arrangement results in a large aperture and a low aspect ratio. The mechanically adjustable frame of the x-y positioning unit can additionally be magnetically fixed to the rotation platform.
Ganz allgemein ist eine laterale Positionierung bzgl der Rotationsachse hilfreich, wenn nicht immer dieselben Regionen an den zu untersuchenden Objekten abgetastet werden sollen. Die Positionierung selbst kann durch eine zumindest zweidimensionale X-Y-Positioniere i n h eit (X u nd Y spa n nen e i n bel ieb ig es Koordinatensystem senkrecht zur Rotationsachse auf), z.B. implementiert durch zwei g e kreuzte (i .A . sen krecht zu e i n a nder a usg erichtete) h and el sü bl ich e Translationstische, geschehen. Diese X-Y-Positioniereinheit kannIn general, a lateral positioning with respect to the axis of rotation is helpful, if not always the same regions are to be scanned on the objects to be examined. The positioning itself can be achieved by an at least two-dimensional X-Y positioning (X and Y spans a coordinate system perpendicular to the axis of rotation), e. implemented by two crosses (i.a., th e s right to one another) and translation tables. This X-Y positioning unit can
1. entweder an der Rotationsplattform befestigt sein und mit dem Objekt rotieren 2. oder am statischen (d.h. nicht rotierenden) Teil des Rotationstisches befestigt sein und mit dem Objekt oder dessen Halterung während der Positionierung koppelt 3. oder beliebig im Raum angeordnet sein und ebenfalls mit dem Objekt oder dessen Halterung während des Positioniervorgangs koppelt1. be either attached to the rotation platform and rotate with the object 2. or attached to the static (ie non-rotating) part of the rotation table and coupled to the object or its support during positioning 3. or be arranged anywhere in the room and also coupled to the object or its holder during the positioning process
In den Fällen 2. und 3. kann das Objekt oder dessen Halterung zur besserenIn cases 2 and 3, the object or its holder may be better
Fixierung gegenüber der Rotationsachse auf der Rotationsplattform auf beliebige Art und Weise befestigt werden, z.B. per Magnetkraft, elektrostatischer Kraft oder perFixation can be attached to the rotation axis on the rotation platform in any manner, e.g. by magnetic force, electrostatic force or by
Vakuum zwischen zwei Berührungsflächen. Diese Kraft kann schaltbar ausgelegt sein, z.B. durch einen Elekromagneten, sodass die Kraft zur PositionierungVacuum between two contact surfaces. This force may be designed to be switchable, e.g. through an electromagnet, so that the force for positioning
(Überwindung der Haftreibekraft) durch Ausschalten der Fixierkraft minimiert werden kann. Die Positionierung selbst kann gleitend (z.B. auf einem Fluidlager oder reibungsmindernden Kontaktflächen oder Führungen) oder rollend (Kugel- oder(Overcoming the static friction force) can be minimized by switching off the fixing force. The positioning itself may be slidable (e.g., on a fluid bearing or friction reducing contact surfaces or guides) or rolling (ball or
Rollenlager) auf der Rotationsplattform vonstatten gehen.Roller bearings) on the rotation platform.
Die Möglichkeit der freien lateralen Objektpositionierung erlaubt weiterhin das laterale Abrastern des Objektes mittels der radiographischen / laminographischen / tomographischen Abtastmethode. Per computergestützter Bildauswertung können die Einzelbilder jeder Abtastung dann zu einem größeren Bild, der den abgerasterten Bereich enthält, zusammengesetzt werden.The possibility of free lateral object positioning further allows the lateral scanning of the object by means of the radiographic / laminographic / tomographic scanning method. Using computer-aided image analysis, the frames of each scan can then be assembled into a larger image containing the scanned area.
Dazu kann auf der Rotationsplattform eine Halterung für die zu untersuchenden Objekte angeordnet sein, die mit dem Tisch um die Rotationsachse rotiert. Das Aspektverhältnis der Achslager ist so beschaffen, dass eine möglichst große Variabilität des tomographischen Winkels bzw. Achsneigungswinkels bei möglichst großem Strahlungsquerschnitt für die Abtastung gegeben istFor this purpose, a holder for the objects to be examined can be arranged on the rotation platform, which rotates with the table about the axis of rotation. The aspect ratio of the axle bearings is such that the greatest possible variability of the tomographic angle or axial tilt angle is given with the largest possible radiation cross section for the scan
Das zu untersuchende Objekt kann lateral bzgl. der Rotationsachse positioniert werden z.B. mittels einer X-Y-Positioniereinheit, die zwei l inear unabhängige, vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtete Translationseinrichtungen aufweist. Somit entsteht ein durchstrahlbarer und auf der Rotationsplattform beliebig positionierbarer Probenhalter, welcher entweder über eine auf der Rotationsplattform angebrachten x-y-Positioniereinheit positioniert und in der Position gerastert werden kann oder eben z.B. über eine externe Positionierrobotik auf dem Rotationstisch positioniert werden kann. Die Fixierung des Probenhalters kann mechanisch oder magnetisch oder auf beliebig andere Art erfolgen. Beispielsweise elektromagnetisch oder per Vakuum.The object to be examined can be positioned laterally with respect to the axis of rotation, for example by means of an XY positioning unit, which has two linearly independent, preferably mutually perpendicular, translating devices. Thus, a radiographable and on the rotation platform arbitrarily positionable sample holder, which can either be positioned on an attached on the rotation platform xy positioning and scanned in position or just as an external positioning robot can be positioned on the rotation table. The fixation of the sample holder can mechanically or magnetically or in any other way. For example, electromagnetically or by vacuum.
Der Rotor der Rotationsplattform oder die Halterung kann eine X-Y-Positioniereinheit zur lateralen Objektpositionierung bzgl. der Rotationsachse aufweisen. Die Halterung kann mittels einer ankoppelbaren Positionierungseinheit am Stator, d.h. Dem fixen Teil der Rotationsplattform montiert oder mittels einer Positionierrobotik lateral bzgl. der Rotationsachse positioniert werden und auf beliebige Weise (z.B. magnetisch, elektrostatisch oder per Vakuum) am Rotor, d.h. der Rotationsplattform des Rotationstisches fixiert sein . M it der Halterung können untersch iedl iche Objektbereiche eingestellt werden, die bezüglich der Rotationsachse positioniert werden können und von der Strahlung durchdrungen werden, so dass nacheinander Objektbereiche lateral abgerastert und mittels computergestützter Bildanalytik zusammengesetzt werden.The rotor of the rotation platform or the holder may have an X-Y positioning unit for lateral object positioning with respect to the axis of rotation. The holder may be fixed to the stator by means of a dockable positioning unit on the stator, i. Mounted on the fixed part of the rotation platform or positioned laterally with respect to the axis of rotation by means of a positioning robot and in any manner (e.g., magnetic, electrostatic or vacuum) on the rotor, i. be fixed to the rotation platform of the rotary table. With the holder, different object areas can be set, which can be positioned with respect to the axis of rotation and are penetrated by the radiation, so that object areas are scanned laterally and assembled by means of computer-aided image analysis.
Insgesamt bieten Positionier- bzw. Rastereinheit und Probenhalter die Funktionalität der Positionierung und des Abrasterns makroskopischer Bereiche der Probe mit mi kroskopischer Genau ig keit. Nacheinander werden dann versch iedene Objektbereiche abgerastert und mittels Computer gestützter Bildanalytik wieder zusammengesetzt. Der Neigewinkel der Rotationsachse der Rotationsplattform wird über eine mechanische Neigetechnik variabel eingestellt. Dabei sind die röntgenographische Strahlungsquelle und der Detektor unbeweglich zueinander angeordnet, was eine hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit der Messungen erlaubt. D.h., die optische Achse von Strahlungsquelle zum Detektor kann im Winkel zueinander orientierbar sein, müssen aber nicht beweglich angeordnet sein. Durch die Aussparung wird von einer Strahlungsquelle ausgehend die Strahlung zu einer Detektoreinheit (Detektor und z. B . dazugehörige optische Elemente wie Monochromatoren, Filter, Spiegel, fokussierende Elementen wie Fresnel- Zonenplatten oder KB-Spiegelsysteme, Koll imatoren) übermittelt. Für die Phasenkontrastlaminographie sind verschiedene Abschnitte zwischen Objekt und Detektor einstellbar. Zur Abbildung können unterschiedliche Kontrastmechanismen (z.B. Absorption, anomale Absorption, Phasenkontrast, Beugung, Streuung, Fluoreszenz) genutzt werden.On the whole, the positioning or grid unit and sample holder offer the functionality of positioning and scanning macroscopic areas of the sample with microscopic accuracy. Successively, various object areas are scanned and reassembled using computer-aided image analysis. The tilt angle of the rotation axis of the rotation platform is variably adjusted via a mechanical tilting technique. In this case, the X-ray source and the detector are immovably arranged, allowing a high positioning and repeat accuracy of the measurements. That is, the optical axis of the radiation source to the detector can be oriented at an angle to each other, but need not be arranged to be movable. The radiation is transmitted from a radiation source to a detector unit (detector and, for example, associated optical elements such as monochromators, filters, mirrors, focusing elements such as Fresnel zone plates or KB mirror systems, collimators). For phase contrast laminography different sections between object and detector are adjustable. Different contrast mechanisms (eg absorption, anomalous absorption, phase contrast, diffraction, scattering, Fluorescence) are used.
Die hohe räumliche Präzision der Rotationsachse wird durch den Einsatz von einem oder mehreren Fluidlagern (z.B. basierend auf bekannten Geometrien z.B. mit H- oder Kalottenquerschnitt) in der Rotationsplattform realisiert, wodurch die hohen Positionierungsgenauigkeiten und Reproduzierbarkeit im Bereich von 1 μm und darunter erreicht werden. Als Fluid kommen Gase (wie Luft, Stickstoff oder Argon) oder Flüssigkeiten (wie Öle, Wasser, flüssige Metalle oder Alkohole) in Betracht.The high spatial precision of the axis of rotation is realized by the use of one or more fluid bearings (e.g., based on known geometries, e.g., H or dome cross section) in the rotary platform, thereby achieving high positioning accuracies and reproducibility in the range of 1 μm and below. As the fluid gases (such as air, nitrogen or argon) or liquids (such as oils, water, liquid metals or alcohols) come into consideration.
Eine präzise Positionierung der Probe ist nicht zwingend notwendig, solange deren zu untersuchender Bereich während der Rotation im Gesichtsfeld des Detektors bleibt. Vielmehr ist auf eine präzise Positionierung der Rotations- und Neigeachsen und eine hohe Genauigkeit der Achsen während der Rotation zu achten. Der Neigewinkel kann vorzugsweise durch eine Parallelkinematik (z.B. handelsübliche Dreibeine oder Hexapoden) eingestellt werden, auf weicher der Rotationstisch lagert. Im Gegensatz zur seriellen Kinematik wirken bei der Parallelkinematik alle Aktoren unmittelbar auf die gleiche bewegte Plattform. Dies hat folgende Vorteile: geringere Massenträgheit, keine bewegten Kabel, niedriger Schwerpunkt, keine Akkomodation von Führungsfehlern und kompakterer Aufbau.A precise positioning of the sample is not absolutely necessary, as long as their area to be examined remains in the field of view of the detector during the rotation. Rather, attention must be paid to a precise positioning of the rotation and tilt axes and a high accuracy of the axes during rotation. The tilt angle may preferably be adjusted by a parallel kinematic mechanism (e.g., commercial tripods or hexapods) on which the rotary stage is supported. In contrast to the serial kinematics, all actuators in parallel kinematics act directly on the same moving platform. This has the following advantages: lower mass inertia, no moving cables, low center of gravity, no accommodation of guide errors and more compact design.
Der Neigewinkel kann auch durch eine serielle Kinematik eingestellt werden. Im Gegensatz zur Parallel kinematik wirkt h ierbei jeder Aktor auf eine eigene Stell plattform. Es ist eine klare Zuordnung Aktor/Achse vorhanden.The tilt angle can also be adjusted by a serial kinematics. In contrast to parallel kinematics, each actuator has its own positioning platform. There is a clear actuator / axis assignment.
Um die Winkel-Abweichungen der Rotationsachse von dem Ideal zu messen, können vorzugsweise in der Rotationsplattform Laser installiert werden . Die hiermit erzeugten Laserstrahlen sind vorzugsweise nicht senkrecht zur Rotationsachse sondern sind in einem Winkel größer 90° weg geneigt, so dass sich die Strahlen auffächern. In relativ großer Entfernung sind Detektoren für die Ortsbestimmung der Laserstrahlen vorzugsweise fest installiert, von denen man die Raumkoordinaten relativ zum Ursprung der Rotationsachse kennt. Somit wird während des Versuches eine genaue Vermessung der Neigeachse der Rotationsplattform möglich. Zudem kann das Taumeln der Rotationsachse bei deren Drehung genau bestimmt werden. Diese Messergebnisse können dann als Korrekturdaten bei der Computer- Auswertung mit berücksichtigt werden, was wiederum die erzielbare Auflösung verbessert.In order to measure the angular deviations of the axis of rotation from the ideal, lasers may preferably be installed in the rotation platform. The laser beams generated herewith are preferably not perpendicular to the axis of rotation but are inclined away at an angle greater than 90 °, so that the beams fan out. At a relatively large distance, detectors for the localization of the laser beams are preferably permanently installed, of which one knows the spatial coordinates relative to the origin of the axis of rotation. Thus, an accurate measurement of the tilt axis of the rotation platform is possible during the experiment. moreover the tumbling of the rotation axis can be accurately determined as it rotates. These measurement results can then be taken into account as correction data in the computer evaluation, which in turn improves the achievable resolution.
In den folgenden Ausfüh rungsbeispielen soll u nter Bezugnahme auf d ie beiliegenden Zeichnungen die Erfindung näher erläutert werden.In the following embodiments, the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 a zeigt den prinzipiellen Aufbau für die Tomographie. Fig . 1 b zeigt den prinzipiellen Aufbau für die Laminographie mit kompaktemFig. 1 a shows the basic structure for tomography. Fig. 1 b shows the basic structure for laminography with a compact
Rotationstisch und exzentrischem Strahlengang.Rotation table and eccentric beam path.
Fig. 2 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Rotationsapparatur samtFig. 2 shows the structure of the rotary apparatus according to the invention together
Achsneigevorrichtung und Objektpositioniereinheit.Achsneigevorrichtung and Objektpositioniereinheit.
Fig. 3 zeigt integrierte Laser im Rotationstisch zur Bestimmung der Lage der Rotationsachse.Fig. 3 shows integrated lasers in the rotary table for determining the position of the axis of rotation.
Fig. 4 zeigt den Aufbau gemäß Figur 3 in der AufsichtFig. 4 shows the structure of Figure 3 in the plan
Fig. 5 zeigt Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rotationsplattform imFIG. 5 shows embodiments of the rotation platform according to the invention in FIG
Schnitt entlang der Rotationsachse.Cut along the axis of rotation.
Fig. 5a zeigt schematisch die Verwendung des Rotationstisches mit dem Objekt positioniert außerhalb des Rotationslagers, Fig. 5b mit dem Objekt positioniert innerhalb des Rotationslagers zur Erweiterung des nutzbaren Bereichs des Laminographiewinkels θ.Fig. 5a shows schematically the use of the rotary table with the object positioned outside the rotation bearing, Fig. 5b with the object positioned inside the rotation bearing for expanding the usable area of the laminography angle θ.
In den Ausführungsbeispielen wird anhand der Fig. 1 und 2 der Strahlengang bei laminographischen Untersuchungen erläutert. Von der Röntgenquelle 1 trifft der Röntgenstrahl über optische Elemente 20 wie z.B. Monochromatoren 1 a, Filter oder Fokussierungsoptiken auf das zu untersuchende Objekt 2. Das Objekt 2 ist dabei auf der Rotationsplattform 4 mit der Achsneigungseinheit 8 fixiert und wird schrittweise um die Rotationsachse 10 gedreht. Der Winkel zwischen der Rotationsachse 10 und der Strahlachse des Röntgenstrahles 11 wird als tomographischer Winkel 15 bezeichnet. Nachdem die Röntgenstrahlen das Objekt 2 durchdrungen haben, treffen diese auf den Detektor 3. In dem Beispiel gemäß Fig. 2 sind zwischen Objekt 2 und Detektor 3 optische Elemente 21 (z. B. fokussierende Röntgenoptik, Analysatoren, Filter) angeordnet. Hierbei wird die am Detektor 3 ankommende Intensität der Röntgenstrahlen zweidimensional aufgelöst gemessen. Beim Durchdringen des Obj e ktes erl e id et d er Röntg en stra h l e i n e Mod ifi kation d er örtl i ch en Intensitätsverteilung. Der Detektor 3 kann z.B. aus vielen kleinen Segmenten (Pixeln) besteht, sodass mit einer hohen Ortsauflösung ein zweidimensionales Bild digital aufgenommen werden kann. Um nun eine hohe Ortsauflösung bei der Rekonstruktion der Aufnahmen zu erzielen, muss gewährleistet sein, dass die einzelnen Volumenelemente des Objektes 2 möglichst auf einer exakten Kreisbahn um die Rotationsachse 10 liegen. Neben der Verh inderung von Vibrationen des Messaufbaus und der Min im ierung von Temperaturschwankungen in der experimentellen Umgebung werden damit auch sehr hohe Anforderungen an die Positionier- und Wiederholgenauigkeit der mechanischen Komponenten, insbesondere an der Rotationsplattform, gestellt. Ist diese Präzision schlechter als die optische Auflösung des Systems, und können die Ungenauigkeiten nicht gemessen und numerisch korrigiert werden, kommt es zu Unscharfen und Artefakten im rekonstruierten Bild.In the exemplary embodiments, the beam path in laminographic investigations is explained with reference to FIGS. 1 and 2. From the X-ray source 1, the X-ray beam impinges on the object 2 to be examined via optical elements 20, such as monochromators 1a, filters or focusing optics. The object 2 is fixed on the rotation platform 4 with the axis inclination unit 8 and is rotated stepwise about the rotation axis 10. The angle between the axis of rotation 10 and the beam axis of the X-ray beam 11 is referred to as tomographic angle 15. After the X-rays have penetrated the object 2, hit these are applied to the detector 3. In the example according to FIG. 2, optical elements 21 (eg focusing X-ray optics, analyzers, filters) are arranged between the object 2 and the detector 3. In this case, the intensity of the X-rays arriving at the detector 3 is measured in a two-dimensionally resolved manner. As it passes through the object, it indicates the modality of the local intensity distribution. For example, the detector 3 may consist of many small segments (pixels), so that a two-dimensional image can be recorded digitally with a high spatial resolution. In order to achieve a high spatial resolution in the reconstruction of the images, it must be ensured that the individual volume elements of the object 2 lie as possible on an exact circular path about the axis of rotation 10. In addition to the Verh derder vibration of the measurement setup and the Min in ization of temperature fluctuations in the experimental environment so very high demands are placed on the positioning and repeatability of the mechanical components, in particular on the rotation platform. If this precision is worse than the optical resolution of the system, and if the inaccuracies can not be measured and numerically corrected, blurred and artifacts will result in the reconstructed image.
Die in Fig. 2 dargestellte Rotationsplattform 4 hat ein Loch 5 in seinem Zentrum. Durch dieses Loch können die Röntgenstrahlen, ohne eine zusätzliche Schwächung oder Ablenkung zu erleiden, den Rotationstisch durchdringen. Die Größe dieser Aussparung misst im gegebenen Ausführungsbeispiel 110 mm im Durchmesser. Der Gesamtpositionierungsfehler der Rotationsplattform 4 am Probenort l iegt bei unterschiedlichen Neigungswinkeln 9 zwischen 0° und 45° und für maximale Objektmassen von 1 ,5 kg bei weniger als 0,5 Mikrometer. Diese Anforderungen bedingen eine sehr genaue Lagerung der Rotationsplattform. Diese wird mittels Luftlager 7 erzielt. Da gleichzeitig ein großer Bereich für das Durchlicht angestrebt wird, muss eine dazu kom pati ble Achsneig eei n heit 8 verwendet werden . E inerseits darf d ie Achsneigeeinheit 8 nicht den Strahlengang behindern, andererseits muss diese aber gleichzeitig hohen Genauigkeitsanforderungen genügen. Mit Hilfe einer dreiarmigen Konstruktion kann sowohl die Höhe der Rotationsplattform 4 als auch deren Neigewinkel 9 eingestellt werden, ohne dass der Strahlengang behindert wird. So kann in Strahlanwendungen mit ausschließlich horizontal oder auch in festem Winkel geneigt ausgerichteter optischer Achse ein Objekt aus vielen verschiedenen Einfallsrichtungen untersucht werden. Eine Neigung der Rotationsachse 10 zwischen 20 und 45 Grad bezüglich der Strahlachse 11 erzielt damit Strahlquerschnitte von m i ndesten s 4x4 m m2, oh n e d ass e i n e Stra h l a bsch attu ng a uftritt . Be i Achsneigungswinkel von 29 bis 45 Grad bezüglich der Strahlachse 1 1 , sind sogar Strahlquerschnitte von maximal 15x1 5 mm2 ohne Strahlabschattung bei Strahlführung durch das Durchlicht realisierbar. Als Achsneigeeinheit 8 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine handelsübliche Parallelkinematik (z.B. SpaceFAB- Design der Firma Micos GmbH, Eschbach) verwendet. Mit ihren drei Gelenkarmen werden so alle nötigen Höheneinstellungen und Neigewinkel 9 eingestellt. Die Achsneigeeinheit 8 ist auf einem Granitstein montiert, wodurch eine hohe thermische und mechanische Stabilität erzielt wird. Durch das Verfahren von nur einer Achse (Gelenkarm) für die Einstellung des Neigewinkels 9 wird zudem ein Höchstmaß an Wiederholgenauigkeit erreicht. Die maximale Probenmasse liegt bei Neigewinkeln 9 von 20 Grad bis 60 Grad bei mindestens 1 ,5 kg.The rotary platform 4 shown in Fig. 2 has a hole 5 in its center. Through this hole, the X-rays can penetrate the rotation table without suffering additional weakening or distraction. The size of this recess measures 110 mm in diameter in the given embodiment. The total positioning error of the rotary platform 4 at the sample location is between 0 ° and 45 ° for different tilt angles 9 and less than 0.5 micrometers for maximum object masses of 1.5 kg. These requirements require a very accurate storage of the rotation platform. This is achieved by means of air bearing 7. Since at the same time a large area for the transmitted light is desired, a compatible axis-tilting unit 8 must be used. On the one hand, the axle tilting unit 8 must not hinder the beam path, but on the other hand, it must simultaneously meet high accuracy requirements. With the help of a three-armed Construction, both the height of the rotation platform 4 and the tilt angle 9 can be adjusted without the beam path is obstructed. For example, in beam applications with an optical axis inclined only horizontally or at a fixed angle, an object can be examined from many different directions of incidence. An inclination of the axis of rotation 10 between 20 and 45 degrees with respect to the beam axis 11 thus achieves beam cross sections of a maximum of 4 × 4 mm 2 , without the occurrence of a stray beam approach. Be i Achsneigungswinkel of 29 to 45 degrees with respect to the beam axis 1 1, even beam cross-sections of a maximum of 15x1 5 mm 2 without Strahlabschattung beam guidance through the transmitted light can be realized. As Achsneigeeinheit 8 a commercial parallel kinematics (eg SpaceFAB design of the company Micos GmbH, Eschbach) is used in this embodiment. With its three articulated arms so all necessary height settings and tilt angle 9 are set. The Achsneigeeinheit 8 is mounted on a granite stone, whereby a high thermal and mechanical stability is achieved. By the method of only one axis (articulated arm) for the adjustment of the tilt angle 9 also a maximum of repeatability is achieved. The maximum specimen mass is at angles 9 from 20 degrees to 60 degrees at least 1, 5 kg.
Die Rotationsplattform 4 ist mittels Festkörpergelenken / Nadellager 16 mit der Achsneigeeinheit 8 verbunden. Das Luftlager 7 ist als H-Bauform oder alternativ als Kalotte ausgeführt und wird aus Edelstahl oder einer hochfesten Aluminium Legierung mit anschließender hartanodisierter Oberfläche hergestellt. Der Rotationsantrieb erfolgt über einen querkraftkompensierten Bandantrieb mit fest montierter U m l en krol l e u nd versch iebba rer Antriebsei n h eit m it ei nem Banduntersetzungsfaktor von 8:1. Die Antriebseinheit ist konzipiert für einen DC-Motor oder Schrittmotor, wahlweise mit spielfreiem Getriebe ausgestattet. Die Rotationsplattform 4 ist zudem mit einem hochauflösenden Winkelmeßsystem ausgestattet.The rotation platform 4 is connected by means of solid joints / needle bearings 16 with the Achsneigeeinheit 8. The air bearing 7 is designed as H-type or alternatively as a dome and is made of stainless steel or a high-strength aluminum alloy with subsequent hard anodized surface. The rotary drive is achieved by means of a transverse force-compensated belt drive with a permanently mounted U-turn and variable drive unit with a belt reduction factor of 8: 1. The drive unit is designed for a DC motor or stepper motor, optionally equipped with backlash-free gearbox. The rotation platform 4 is also equipped with a high resolution angle measuring system.
Die X-Y-Positioniereinheit 6 dient zur Halterung der Proben und ist mittels eines magnetisch vorgespannten, luft- oder gleitgelagerten Probentragrahmens 12 mit seitlichen Führungsflächen am Stator (d.h. dem fixen Teil der Rotationsplattform 4 befestigt. Zur schnellen Montage von Proben können hierbei auch Standardwechselrahmen verwendet werden, wodurch Probenabmaße bis zu ca. 150 mm * 150 mm * 5 mm gut gehandhabt we rd e n kö n n e n . D e r a n d er Rotationsplattform magnetisch ankoppelbare Probentragrahmen 12 gestattet dabei die Positionierung jeder lateralen Position der Proben mittels zurückfahrbarer, das heißt während der Rotation nicht berührender, Linearachsen. Die Translationsachsen sind am Starter, das heißt dem feststehenden Teil der Rotationsplattform angebracht und berühren während der Abtastung (Rotation) nicht das Objekt bzw. dessen Trag ra h m en . Zu r Pos it ion ieru ng werd en d iese (be i m St i l l stand der Rotationsplattform) an den Tragrahmen herangefahren, (im vorl iegenden Fall magnetisch) angekoppelt und dann der Tragrahmen mitsamt dem montierten Objekt verfahren. Über Zuführung von Druckluft durch die an zwei Seiten ankoppelbaren Schieber kann der Probentragrahmen 12 auf einem Luftkissen schwebend oder auf einem Material mit geringem Gleitreibungsbeiwert gegenüber der Rotationsplattform (z.B. auf Teflonringen gleitend), reibungsfrei in zwei Verfahrachsen aus der Mitte verfahren werden. Auch die beiden seitlichen Führungs- bzw. Ankopplungsschieber sind als magnetisch vorgespannte Luftlager ausgelegt.The XY positioning unit 6 is used to hold the samples and is by means of a magnetically biased, air- or slide-mounted sample support frame 12 with lateral guide surfaces on the stator (ie fixed to the fixed part of the rotation platform 4. For rapid assembly of samples, standard interchangeable frames can also be used here, whereby sample dimensions of up to about 150 mm * 150 mm * 5 mm can be handled well The rotation axis magnetically coupled sample support frame 12 allows the positioning of each lateral position of the samples by means of retractable, that is not in contact with the rotation, linear axes The translation axes are attached to the starter, ie the fixed part of the rotation platform and touch during the scan (rotation) The object or its support frame is moved up to the support frame (in the case of the rotation platform), coupled (in the previ - ous case magnetically), and then the support frame together with the support frame By supplying compressed air through the on two side When the slide can be coupled, the sample support frame 12 can be moved floating on an air cushion or on a material with a low coefficient of sliding friction with respect to the rotation platform (eg sliding on Teflon rings), without any friction, in two travel axes from the center. The two lateral guide or coupling slides are designed as magnetically preloaded air bearings.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel soll anhand der Figuren 3 und 4 der integrierte Laser in der Rotationsplattform zur Bestimmung der Lage der Rotationsachse näher erläutert werden.In a second embodiment will be explained in more detail with reference to Figures 3 and 4, the integrated laser in the rotation platform for determining the position of the axis of rotation.
Hierfür werden sechs Laser 13 auf der Rotationstplattform 4 fest angebracht. Die Laserstrahlen sind nicht senkrecht zur Rotationsachse, sondern geneigt, so dass sich die Laserstrahlen auffächern. In relativ großer Entfernung sind acht Laser- Detektoren 14 für die Ortsbestimmung der Laserstrahlen fest installiert, von denen man die Raumkoordinaten relativ zum Ursprung der Rotationsachse kennt.For this purpose, six laser 13 are fixedly mounted on the rotation platform 4. The laser beams are not perpendicular to the axis of rotation, but inclined, so that the laser beams fan out. In a relatively large distance, eight laser detectors 14 are permanently installed for the location of the laser beams, of which one knows the spatial coordinates relative to the origin of the axis of rotation.
Beim Drehen der Rotationsplattform 4 treffen dann immer zwei der sechs Laserstrahlen auf zwei der acht installierten Laser Detektoren 14 auf. Hieraus lässt sich die Verkippung der theoretischen Rotationsachse zur realen Rotationsachse 10 berechnen. Bei 50 μm Ortsauflösung des Laser-Detektors 14 und einem Abstand von 2 Metern vom Laser-Detektor 14 zum Laser in der Rotationsplattform 4 wird eine entsprechend hohe Winkelauflösung von aresin (50 μm / 2 m) erzielt. Da immer zwei Punkte von gegenüberliegenden Laserstrahlen erfasst werden, kann so eine Differenzbestimmung durchgeführt werden, was die Genauigkeit erhöht. Bei Rotation der Rotationsplattform 4 treffen zeitlich versetzt, abwechselnd, immer mit 60 Grad unterschied, zwei Laserstrahlen auf die mit 45 Grad angeordneten Laser-Detektoren 14 auf. Das heißt man hat 3 * 4 = 12 Werte pro Umdrehung zur Korrektur zur Verfügung. Hierdurch wird in regelmäßigen Winkelabständen von 360°:12= 30° ein Soll - Ist Abgleich möglich. Durch den Einsatz von mehr als sechs Lasern 13 und mehr als acht Laser-Detektoren 14 können entsprechend mehr Winkel kontrolliert werden . Die Laser-Detektoren 14 lassen sich so um die Rotationsplattform 4 anordnen, dass ein großer Winkelbereich des Neigewinkels 9 der Rotationsplattform 4 abgedeckt ist und der Röntgenstrahl 11 nicht gestört oder beeinflusst wird.When rotating the rotation platform 4 then always hit two of the six laser beams on two of the eight installed laser detectors 14. From this it is possible to tilt the theoretical rotation axis to the real axis of rotation 10 to calculate. At 50 microns spatial resolution of the laser detector 14 and a distance of 2 meters from the laser detector 14 to the laser in the rotation platform 4, a correspondingly high angular resolution of aresin (50 microns / 2 m) is achieved. Since two points are always detected by opposite laser beams, a difference determination can be performed, which increases the accuracy. Upon rotation of the rotary platform 4 meet at different times, alternately, always with 60 degrees difference, two laser beams on the arranged at 45 degrees laser detectors 14. That is, one has 3 * 4 = 12 values per revolution for correction. As a result, at regular angular intervals of 360 °: 12 = 30 ° a target - actual adjustment is possible. By using more than six lasers 13 and more than eight laser detectors 14, correspondingly more angles can be controlled. The laser detectors 14 can be arranged around the rotation platform 4 such that a large angular range of the tilt angle 9 of the rotation platform 4 is covered and the x-ray beam 11 is not disturbed or influenced.
Die beiden Ausführungsbeispiele erläutern die technische Lösung der gestellten Aufgabenstellung. Der erfindungsgemäße Rotationstisch arbeitet mit hoher Objekt- Positionierungsgenauigkeit und hat zugleich ein niedriges Aspektverhältnis (Bauhöhe zu Du rch m esser) u n d e i n en g ro ßen D u rch l ich tbere ich (Ape rtu r) fü r Strahlanwendungen. Ein Objekt kann somit aus verschiedenen Einfallsrichtungen über einen großen Bereich des Laminographiewinkels θ untersucht werden und hat damit die aufgeführten Nachteile des Standes der Technik überwunden.The two embodiments illustrate the technical solution of the task. The rotary table according to the invention operates with high object positioning accuracy and at the same time has a low aspect ratio (overall height to diameter) and the in-out-of-the-box rotation table (ape rtu r) for beam applications. An object can thus be examined from different directions of incidence over a large range of the laminography angle θ and has thus overcome the disadvantages of the prior art.
In der Figur 5 ist die Rotationsapparatur mit dem eingelagerten Rotationslager 17 und der dazwischen angelegten Rotationsplattform 4 im Schnitt dargestellt. ZweiIn FIG. 5, the rotary apparatus with the incorporated rotary bearing 17 and the rotation platform 4 connected therebetween is shown in section. Two
Ausführungsvarianten sind angegeben: in Fig. 5a mit dem Objekt 2 angeordnet ausserhalb des Rotationslagers, in Fig. 5b mit dem Objekt innerhalb desselben. Die erstere Ausführungsvariante hat den Vorteil, dass das Objekt selbst größer sein kann als der Innendurchmesser des Rotationslagers, die letztere den Vorteil, dass der Laminographiewinkel θ gegenüber der ersteren Variante erweitert werden kann. DasEmbodiments are indicated: in Fig. 5a with the object 2 arranged outside the rotation bearing, in Fig. 5b with the object within the same. The former embodiment has the advantage that the object itself may be larger than the inner diameter of the rotation bearing, the latter has the advantage that the laminography angle θ can be extended over the former variant. The
Objekt 2, welches von dem Strahl 11 durchleuchtet wird, befindet sich im Bereich derObject 2, which is transilluminated by the beam 11, is located in the region of
Aussparung 5. Die Rotationsplattform 4 überdeckt den Innendurchmesser 19 des Rotationslagers und trägt das Objekt 2 in der Aussparung 5, die den Strahl 11 passieren läßt.Recess 5. The rotation platform 4 covers the inner diameter 19 of the Rotation bearing and carries the object 2 in the recess 5, which allows the beam 11 to pass.
In Figur 5b ist das Objekt 2 innerhalb des Rotationslagers derart angeordnet, dass der erreichbare Laminographiewinkel θ (= theta) erweitert wird. Im Vergleich zu Figur 5a ist der Rotationstisch mit dem Objekt so angeordnet, die eine Durchstrahlung des Objektes in einem flacheren Winkel gestattet. Der Winkel θ (= theta) der Strahlachse des Röntgenstrahls 11 kann maximal so eingestellt werden, dass dieser die Rotationslager 17 nicht berührt, das heißt durch die Rotationslager 17 keine Abschattung stattfindet. Die Größe t stellt den Abstand des abzutastenden Schnittbildes des Objekts von dem Schnittpunkt der nächstliegenden Oberkante 18 des Rotationslagers 17 dar. Die Beziehung zwischen dem maximal erreichbaren Laminographiewinkel θ (= theta) und der Rotationslagergeometrie ergibt sich nach folgender Formel:In FIG. 5b, the object 2 is arranged within the rotation bearing in such a way that the achievable laminography angle θ (= theta) is widened. Compared to FIG. 5a, the rotation table is arranged with the object which allows the object to be irradiated at a shallower angle. The angle θ (= theta) of the beam axis of the X-ray beam 11 can be set to a maximum so that it does not touch the rotary bearings 17, that is, no shadowing takes place by the rotary bearings 17. The size t represents the distance of the sectional image of the object to be scanned from the point of intersection of the nearest upper edge 18 of the rotary bearing 17. The relationship between the maximum achievable laminography angle θ (= theta) and the rotational bearing geometry is given by the following formula:
tan θ = R/(H-t)tan θ = R / (H-t)
Hierbei bedeuten H die innere Bauhöhe des Rotationslagers 17 am freien Innenradius R (= Hälfte des freien Innendurchmessers 19) des Rotationslagers 17.Here, H is the inner height of the rotary bearing 17 at the free inner radius R (= half of the free inner diameter 19) of the rotary bearing 17th
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Röntgenquelle / Strahlungsquelle1 X-ray source / radiation source
2 Zu untersuchendes Objekt / Probe 3 Detektor für Röntgenstrahlen2 Object to be examined / sample 3 X-ray detector
4 Rotationsplattform4 rotation platform
5 Aussparung, Loch der Rotationsplattform5 recess, hole of the rotation platform
6 X-Y-Positioniereinheit6 X-Y positioning unit
7 Lager der Rotationsplattform 8 Achsneigeeinheit der Rotationsplattform7 bearings of the rotation platform 8 Achsneigeeinheit the rotation platform
9 Neigewinkel alpha der Rotationsachse9 tilt angle alpha of the rotation axis
10 Rotationsachse 11 optische Achse des Röntgenstrahles / Strahlhchtung10 rotation axis 11 optical axis of the X-ray / Strahlhchtung
12 Probentragrahmen12 sample support frames
13 Laser13 lasers
14 Laser-Detektoren 15 Tomographischer Winkel theta = 90° - alpha14 Laser detectors 15 Tomographic angle theta = 90 ° - alpha
16 Festkörpergelenk / Nadellager16 solid-body joint / needle roller bearings
17 Rotationslager17 rotary bearings
18 Oberkante des Rotationslagers18 upper edge of the rotary bearing
19 Freier Innendurchmesser des Rotationslagers 20 Optische Elemente (z. B. fokussierende Röntgenoptik) zwischen Quelle und Objekt19 Free inner diameter of rotation bearing 20 Optical elements (eg focusing X-ray optics) between source and object
21 Optische Elemente (z. B. fokussierende Röntgenoptik, Filter) zwischen21 Optical elements (eg focusing X-ray optics, filters) between
Objekt und DetektorObject and detector
H Bauhöhe des Rotationslager bzgl. des freien Innendurchmessers R Radius H height of the rotary bearing with respect to the free inner diameter R radius

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Rotationsapparatur umfassend Rotationstisch mit einer Rotationsplattform (4) für radiographische, tomographische und laminographische Untersuchungen mittels Strahlung, wobei die Rotationsplattform (4) eine Aussparung (5) ausweist, die um die Rotationsachse (10) herum angeordnet ist.A rotary apparatus comprising a rotary table with a rotation platform (4) for radiographic, tomographic and laminographic investigations by means of radiation, wherein the rotary platform (4) has a recess (5) which is arranged around the axis of rotation (10).
2. Rotationsapparatur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5) derart ausgestaltet ist, dass die Strahlung (1 1 ) ohne jede Abschwächung, Streuung oder Ablenkung durch diese hindurch treten kann.2. Rotary apparatus according to claim 1, characterized in that the recess (5) is designed such that the radiation (1 1) without any attenuation, scattering or deflection can pass through them.
3. Rotationsapparatur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotationsplattform (4) eine Halterung (6) für die zu untersuchenden Objekte (2) angeordnet sein kann, die mit dem Tisch um die Rotationsachse (10) rotiert.3. Rotation apparatus according to claim 1, characterized in that on the rotation platform (4) a holder (6) for the objects to be examined (2) may be arranged, which rotates with the table about the rotation axis (10).
4. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis der Achslager so beschaffen ist, dass eine möglichst große Variabilität des tomographischen Winkels bei möglichst großem Strahlquerschnitt für die Abtastung gegeben ist.4. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the aspect ratio of the axle bearings is such that the greatest possible variability of the tomographic angle is given at the largest possible beam cross section for the scan.
5. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Aussparung (5) von einer Strahlungsquelle (1 ) ausgehend die Strahlung (1 1 ) zu einer Detektoreinheit (3) übermittelt wird.5. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that by the recess (5) from a radiation source (1) starting the radiation (1 1) is transmitted to a detector unit (3).
6. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1 ) beliebige elektromagnetische Strahlung oder Partikelstrahlung erzeugt.6. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source (1) generates any electromagnetic radiation or particle radiation.
7. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu untersuchende Objekt lateral bzgl . der Rotationsachse positioniert werden kann.7. Rotation apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the object to be examined laterally respect. of the Rotation axis can be positioned.
8. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Rotationsplattform oder die Halterung (6) eine X-Y-Positioniereinheit zur lateralen Objektpositionierung bzgl. der8. Rotation apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor of the rotation platform or the holder (6) with respect to an X-Y positioning unit for lateral object positioning
Rotationsachse aufweist.Has rotational axis.
9. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (6) m ittels einer ankoppelbaren Positionierungseinheit oder mittels einer Positionierrobotik lateral bzgl. der9. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the holder (6) by means of an attachable positioning unit or by means of a positioning robot laterally with respect to
Rotationsachse positioniert werden kann und auf beliebige Weise am Rotor der Rotationsplattform (4) fixiert ist.Rotation axis can be positioned and fixed in any way on the rotor of the rotary platform (4).
10. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Halterung (6) unterschiedliche Objektbereiche einstellbar sind, die bzgl. der Rotationsachse (10) positioniert werden können und von der Strahlung (11 ) durchdrungen werden, so dass nacheinander ein Objektbereich lateral abgerastert und mittels computergestützter Bildanalytik zusammengesetzt wird.10. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the holder (6) different object areas are adjustable, which can be. With respect to the axis of rotation (10) can be positioned and penetrated by the radiation (11), so that successively an object area laterally scanned and assembled by computer-aided image analysis.
11. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigewinkel (9) der Rotationsachse (10) der Rotationsplattform (4) über eine mechanische Neigetechnik variabel einstellbar ist.11. Rotation apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the tilt angle (9) of the rotation axis (10) of the rotation platform (4) is variably adjustable via a mechanical tilting technique.
12. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse von Strahlungsquelle (1 ) und Detektor (3) im Win kel orientierbar sein kann , aber nicht bewegl ich angeordnet sein müssen.12. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the optical axis of the radiation source (1) and detector (3) can be orientable in Win angle, but must not be arranged bewegl I.
13. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein Fluidlager (7) zur Lagerung der Rotationsachse aufweist.13. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one fluid bearing (7) for the storage of Has rotational axis.
14. Rotationsapparatur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidlager (7) beliebige Gase wie z.B. Luft als Fluid enthält oder aus Gas besteht.14. Rotary apparatus according to claim 13, characterized in that the fluid bearing (7) any gases such. Contains air as a fluid or consists of gas.
15. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Phasenkontrastlaminographie verschiedene15. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that different for the phase contrast laminography
Abstände zwischen Objekt (2) und Detektor (3) einstellbar sind.Distances between object (2) and detector (3) are adjustable.
16. Rotationsapparatur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Strahlungsquelle (1 ) und Objekt (2) oder zwischen Objekt (2) und Detektor (3) optische Elemente angeordnet sind.16. Rotary apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that between the radiation source (1) and object (2) or between object (2) and detector (3) optical elements are arranged.
17. Rotationsapparatur nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Elemente Monochromatoren, Filter, Spiegel , fokussierende Elemente angesetzt sind.17. Rotation apparatus according to claim 16, characterized in that as optical elements monochromators, filters, mirrors, focusing elements are attached.
18. Verfahren zur Durchführung radiograph ischer, tomographischer und laminographischer Untersuchung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotationsapparatur mit Rotationstisch (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingesetzt wird, wobei durch computergestützte Auswertung eine dreidimensionale Darstellung der untersuchten Objekte mit hoher räumlicher18. A method for performing radiographic, tomographic and laminographic examination, characterized in that a rotary apparatus with rotary table (4) is used according to one of the preceding claims, wherein by computer-aided evaluation, a three-dimensional representation of the examined objects with high spatial
Auflösung und Artefaktminimierung erzielt wird.Resolution and artifact minimization is achieved.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass weder Strahlungsquelle (1 ) noch Detektor (3) während der Abtastbewegung bewegt werden.19. The method according to claim 18, characterized in that neither radiation source (1) nor detector (3) are moved during the scanning movement.
20. Verwendung einer Rotationsapparatur nach einem der Ansprüche 1 bis 17 für Radiographie, Tomographie oder Laminographie.20. Use of a rotary apparatus according to one of claims 1 to 17 for radiography, tomography or laminography.
21. Verwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiographie unter verschiedenen Projektionswinkeln durchführbar ist. 21. Use according to claim 20, characterized in that the radiography at different projection angles is feasible.
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