WO2011069770A1 - Asymmetrische schlitzblende sowie vorrichtung und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

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WO2011069770A1
WO2011069770A1 PCT/EP2010/067273 EP2010067273W WO2011069770A1 WO 2011069770 A1 WO2011069770 A1 WO 2011069770A1 EP 2010067273 W EP2010067273 W EP 2010067273W WO 2011069770 A1 WO2011069770 A1 WO 2011069770A1
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WO
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axis
rotation
slit
rotational movement
workpiece
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PCT/EP2010/067273
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Osterloh
Uwe Zscherpel
Uwe Ewert
Original Assignee
BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2207/00—Particular details of imaging devices or methods using ionizing electromagnetic radiation such as X-rays or gamma rays

Definitions

  • the invention relates to a slit diaphragm, in particular an asymmetrical slit diaphragm with extended opening angle for imaging radiating and backscattering objects, according to the preamble of claim 1, and an apparatus and a method for producing the same, according to the preambles of Claims 8 and 13.
  • a slit diaphragm in particular an asymmetrical slit diaphragm with extended opening angle for imaging radiating and backscattering objects, according to the preamble of claim 1, and an apparatus and a method for producing the same, according to the preambles of Claims 8 and 13.
  • the problem arises to determine the form of hidden sources of high-energy, in particular ionizing radiation beyond the optical spectrum (in particular X-ray or gamma radiation with photon energies above 20keV) of unknown structure or spatial structure.
  • the radiation source can be, for example, the effective focal spot on the anode of an x-ray tube or surface-distributed radiating material
  • the thickness of the material for the pinhole diaphragm must be large, that is to say in relation to the half-value thickness of the intensity of the radiation used for imaging. Therefore, the achievable image quality is essentially determined by aperture diameter and material thickness and density. Often, therefore, one obtains at best a shadow image of the actual pinhole, wherein the pinhole, which is to serve for imaging, due to the wall thickness becomes a collimator, which can pass only a straight-line beam. For this reason, the aperture in the apertured cameras is often shaped like a trumpet with the narrow spot as source of radiation so as not to lose the imaging properties completely.
  • the solutions known from the prior art have a considerable deviation from the ideal hole-camera principle due to the required material thickness.
  • the disadvantage of this panel that the camera body is unwieldy and heavy; including the shield typically has a weight of 200 to 300 kg.
  • Another disadvantage is the long exposure time; In particular when imaging backscattering objects, an exposure time of more than half an hour may be required due to the low intensity of the backscatter radiation.
  • the object of the invention is therefore to provide a slit diaphragm for a pinhole camera, which allows a more compact camera structure and a higher intensity on the imaging surface and thus a shorter exposure time over the aperture disclosed in the patent DE 10 2005 029 674 B4. The object area to be imaged should be retained.
  • the directions in which radiation beams can enter unimpeded or almost unhindered are considered.
  • the generators of the control surface provide a one-parameter set of directions along which rays of light can enter unimpeded.
  • a two-dimensional multiplicity of radiation beams must pass through the diaphragm.
  • the camera structure In order to increase the intensity on the imaging surface, the camera structure is to be brought closer to the object. Both the downsizing of the camera body and the closer approach to the object require an enlargement of the viewing angle. This becomes all the more necessary when small-area semiconductor-based flat panel detectors are to be used. These have the advantage of not only converting the image directly into digital signals, but also being available with very high sensitivity.
  • the enlargement of the viewing angle requires a corresponding adaptation of the diaphragm geometry in order to achieve a fan-shaped beam guidance.
  • Fan-shaped beam guidance was also used in the focal point-oriented roller shutter disclosed in the published patent application DE 10 2005 048 519 A1. However, this is not based on the Lochtrekar, but directed in each position only one beam to the detector located in a focal point; a two-dimensional image is only obtained by turning the roller blind and scanning the object line by line.
  • the slit diaphragm according to the invention is suitable for limiting, in particular high-energy, radiation emanating from a radiation source and directing it to an imaging region along an optical axis according to the hole-camera principle, and comprises a first absorption element, which has a first non-planar outer surface, of which at least a partial region lies on a control surface whose Gaussian curvature does not disappear anywhere in the partial region, and a second absorption element which has a second non-planar outer surface whose surface contour is at least partially complementary to the non-planar outer surface plane outer surface of the first absorbent member formed is, wherein the two absorption elements are positioned or positioned so that between the two non-planar outer surfaces, a gap is present.
  • the diaphragm according to the invention is further characterized in that the distance in a direction perpendicular to the optical axis between the generatrices of the control surface decreases towards the imaging region. This ensures that the approximately along the generatrix of the control surface incident beam converge almost unhindered through the aperture, converge behind the aperture and meet as close to the aperture on an imaging range, which can be significantly smaller than the diaphragm body. It is preferred that at least in one
  • Partial area of the first non-planar outer surface of the distance between the generatrix of the control surface is reduced to the imaging area in each direction perpendicular to the optical axis. It is thereby achieved that the radiation bundles incident approximately along the generatrix of the control surface converge particularly strongly towards the imaging region.
  • the diaphragm can be produced by means of a device according to claim 9 or a method according to claim 14.
  • the set of all ruled surfaces in which the polar angles of the direction vectors of the generators of the ruled surface with respect to the central axis are not constantly linearly related to the intersection of the generatrices of the ruled surface with the central axis is a subset of the ruled surfaces whose Gaussian curvature does not disappear anywhere; ie, the feature that the polar angles of the direction vectors of the generators of the control surface with respect to the central axis in not constant linear relationship with the
  • Intersection point of the generator of the control surface with the central axis are, leads to a slit diaphragm according to the invention, without the additional requirement that the Gaussian curvature of the control surface does not disappear anywhere.
  • the central axis is outside the diaphragm body. This ensures that the detector can be arranged in the vicinity of the central axis, so that an image can be recorded on the smallest possible area.
  • the device for producing a slit diaphragm according to the invention comprises a cutting tool which is suitable for cutting along a straight line and means which are suitable for relative movement between the cutting tool and one To cause a workpiece such that the cutting tool cuts the workpiece along a line corresponding to a beam path in the slit diaphragm to be produced.
  • the cutting tool is adapted to cut along a first direction.
  • the means comprise a holding element, on which a workpiece can be fastened and which is rotatably mounted about a first axis of rotation.
  • the means may comprise a first, a second and a third threaded shaft, wherein the first threaded shaft is parallel to the first axis of rotation, the second threaded shaft is located on the first axis of rotation and the third threaded shaft is located on the second axis of rotation.
  • a rotational movement of the three threaded shafts may be coupled by a gear system.
  • the first threaded shaft may include an area formed as a worm shaft through which a holding arm, to which the second screw shaft is connected, is movable along the first axis of rotation.
  • Figure 1 is an imaging device with a diaphragm
  • Figure 2 (schematically) a test arrangement
  • Figure 3 is a perspective view of a first embodiment of a slit diaphragm according to the invention; an exploded view of the slit diaphragm shown in Figure 3 according to the invention;
  • Figure 5 is a perspective view of the first absorption element of the slit diaphragm shown according to the invention;
  • a radiation source 102 for example a test body, high-energy radiation 104, in particular X-ray or gamma radiation, is emitted.
  • Axis x is directed to an imaging area 106 according to the Lochtrekar.
  • the imaging area 106 is typically a projection surface on which a
  • Image of the test body 102 is generated.
  • a receiving unit 108 which is sensitive to the radiation 104, in particular a
  • FIG. 2 schematically shows a test arrangement.
  • a continuously radiating, powerful X-ray tube 1 12 generates radiation, which is hidden by an all-round shield, here a lead wall 1 14 with window.
  • the radiation passing through the window of the lead wall 1 14 falls on an aluminum plate as a stray filter 1 16.
  • the actual test object 1 18 is disposed between the stray filter 1 16 and the diaphragm 120 according to the invention, which is integrated in a shielding wall 122 made of lead.
  • an X-ray film or an image-forming film (English: phosphor imaging plate) in a cassette serves as the detector 124 on the projection surface 126.
  • the invention is not limited to this arrangement.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of a slotted diaphragm 50 according to the invention.
  • the slotted diaphragm 50 comprises a first absorption element 52 having a first non-planar outer surface 54 and a second Absorption member 56 having a second non-planar outer surface 58. Between the two non-planar outer surfaces 54 and 58 is a gap 60.
  • the absorption elements have a trapezoidal plan, which widens towards the radiation source; the lateral brackets 62a and 62b have a corresponding complementary shape.
  • first non-planar outer surface 54 For describing the first non-planar outer surface 54, a Cartesian coordinate system is shown in FIG. 3 whose origin lies at the center of the first non-planar outer surface 54, whose x-axis lies in the direction of the optical axis and whose y-axis on the Central axis lies through which all generators of the control surface, on which the first non-planar outer surface 54 is located run.
  • the imaging area is behind the aperture 50 in the direction of the positive x-axis.
  • the height h- ⁇ of the opening of the gap 60 at the front of the aperture 50 is greater than the height h 2 of the opening of the gap 60 at the back of the aperture 50.
  • the height hi be 3 mm and the height h 2 1 mm
  • the rear opening of the gap is steeper than the front opening of the gap due to the fan-shaped beam guide.
  • the width d of the front side of a lateral support may for example be 10 to 25 mm.
  • FIG. 4 shows an exploded view of the slit diaphragm according to the invention shown in FIG.
  • two generators E- 1 and E 2 of the control surface are shown.
  • the portion of the generatrix E 2 extending on the first non-planar outer surface 54 is highlighted for clarity.
  • the distance in the y-direction, ie in the direction of the central axis, between the generators E- 1 and E 2 decreases towards the imaging area.
  • the distance between the generatrix of the control surface in the z-direction, and thus in each direction perpendicular to the optical axis also decreases towards the imaging region.
  • a slit 70 ' according to the patent DE 10 2005 029 674 B4 is drawn with a first absorption element 72', a second absorption element 76 'and a gap 80', both diaphragms having the same central axis and being described in the same Cartesian coordinate system, whose y-axis lies on the common central axis.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a third exemplary embodiment of a slit 90 according to the invention, in which, as described in more detail in German Patent Application No. 10 2008 025 109.7-54, in addition to the slit 92, a further slit 94 is arranged, the shape of which an affine mapping emerges from the shape of the gap 92.
  • the affine mapping is a rotation about the central axis y about the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ influences both the intensity Distribution in the image field as well as the width of the reproduced image; he can be chosen freely. If required, additional columns can be added.
  • FIG. 8 shows a perspective view of a device according to the invention for the jet milling of a slit of cubic raw material (semi-finished product) with a half-milled block.
  • This device is suitable for manufacturing a slit according to claim 3.
  • a cube-shaped workpiece 10 takes place both with a linear advancing feed and two simultaneously - denden rotations moved. These three movements are coupled together. In the present embodiment, all three movements are in a fixed linear relationship, so that they can be coupled with a simple mechanical translation.
  • the drawn Cartesian coordinate system is to be understood as a body-fixed on the workpiece 10 related; it corresponds to the drawn in Figures 3, 4 and 6 Cartesian coordinate systems.
  • the gear system 24 consists of three gears (front or bevel gears) 26, 28 and 42 which are mounted on the three threaded shafts 16, 22 and 40, a screw shaft 30 arranged perpendicular to the y-axis and a further threaded shaft 44 which has a region 46 , which is formed as a worm shaft.
  • a further gear 32 is mounted, and on the threaded shaft 44, a further gear 38 is mounted.
  • the worm shaft 30 drives the gear 28 on the second threaded shaft 22, while also a transmission of Rotary movement between the mutually perpendicular gears 26, 32 takes place. In this embodiment, a reduction of the speed of 2: 1 takes place at this point.
  • a plurality of milling operations may be performed, wherein the workpiece 10 is to be inserted in a respective position corresponding to the gap to be milled.
  • the rotation about the second axis of rotation must first be applied and then only the rotation about the body-fixed first axis of rotation and the displacement along the same.
  • Direction vector (cosi3-cos (p, sini3-, cosi3 'sincp) with respect to the y-axis are a linear relationship.)
  • the produced slit has the additional feature of claim 3.
  • the direction vector of the section line forms with the y Since this angle is linearly related to the y-coordinate of the point of intersection with the central axis, the distance in the y-direction of the intersection lines decreases (with a suitable choice of direction of rotation) to the imaging region the slit diaphragm produced in this way also has the characterizing part of claim 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schlitzblende (50, 70, 90), insbesondere für eine bildgebende Einrichtung (100), welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle (102) ausgehende, insbesondere hoch-energetische, Strahlung (104) zu begrenzen und entlang einer optischen Achse (x) nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich (106) zu richten, wobei die Schlitzblende (50, 70, 90) ein erstes Absorptionselement (52, 72) umfasst, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche (54) aufweist, von der zumindest ein Teilbereich auf einer Regelfläche liegt, deren gaußsche Krümmung in dem Teilbereich nirgends verschwindet, wobei die Schlitzblende (50, 70, 90) ein zweites Absorptionselement (56, 76) umfasst, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche (58) aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche (54) des ersten Absorptionselements (52, 72) geformt ist, und wobei die beiden Absorptionselemente (52, 72; 56, 76) derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen (54, 58) ein Spalt (60, 80, 92) vorhanden ist. Der Abstand in einer Richtung (y) senkrecht zu der optischen Achse (x) zwischen den Erzeugenden der Regelfläche verringert sich zum Abbildungsbereich (106) hin. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Schlitzblende, wobei eine erste Rotationsbewegung, eine zweite Rotationsbewegung und eine Translationsbewegung miteinander gekoppelt sind.

Description

Asymmetrische Schlitzblende sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben Die Erfindung betrifft eine Schlitzblende, insbesondere eine asymmetrische Schlitzblende mit erweitertem Öffnungswinkel zur Abbildung strahlender und rückstreuender Objekte, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 8 und 13. Häufig stellt sich das Problem, die Form verdeckter Quellen hochenergetischer, insbesondere ionisierender Strahlung jenseits des optischen Spektrums (insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung mit Photonenenergien über 20keV) mit unbekannter Struktur beziehungsweise räumlichem Aufbau zu ermitteln. Bei der Strahlenquelle kann es sich beispielsweise um den effektiven Brennfleck auf der Anode einer Röntgenröhre oder um flächig verteiltes strahlendes Material handeln. Letzteres können über einen Raum verteilte radioaktive Abfälle in einer Sammeltonne sein, wobei vermeintliche Diskrepanzen zwischen Deklarierung und tatsächlichem Inhalt zu klären sind. Weitere Beispiele für Strahlenquellen, deren Gestalt man abbilden möchte, sind Lagerstätten mit uranhaltigen Erzen oder kerntechnische Anlagen, bei denen es oftmals von Belang ist, nicht nur die Natur der Strahlung zu ermitteln, sondern auch die räumliche Struktur der Strahlenquellen zu bestimmen. Neben den genannten Quellen, welche die hochenergetische Strahlung direkt erzeugen, sind auch solche zu nennen, welche diese durch Röntgen- bzw. Gamma- rückstreuung erzeugen. Mit Hilfe der Abbildung rückgestreuter Strahlung können beispielsweise auch Objekte radiographisch untersucht werden, zu denen nur ein einseitiger Zugang möglich ist.
Um die Gestalt solcher Strahlenquellen abzubilden, ist es naheliegend, das Prinzip einer Fotokamera anzuwenden. Es können dabei recht unterschiedliche Flächendetektoren eingesetzt werden: Filmmaterial, Speicherplatten, Speicherfolien, Halbleiter-Flachdetekto- ren, Vidicams, Bildverstärker oder Konverterfolien. Da solche Aufnahmen auch und vor allem in Umgebungen anfallen können, in die sich nach Möglichkeit Personen nicht hineinbegeben sollten, muss eine möglichst einfache Bedienbarkeit sichergestellt werden. Die einfachste Funktionalität und Handhabung wäre ein fernbedientes Platzieren eines entsprechenden Gerätes mit einer Rückholung nach der Expositionszeit ohne jegliche Betätigung irgendwelcher Bedienungselemente. Es ist bekannt, bei der Abbildung mit Hilfe energiereicher Strahlung das Lochkameraprinzip zu benutzen. Bei einer Lochkamera oder Camera obscura erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche ein Abbild von angestrahlten oder strahlenden Gegenständen. Dabei beschränkt der kleine Durchmesser der Blende die einfallenden Strahlenbündel auf einen kleinen Öffnungswinkel und verhindert so die vollständige Überlappung der Strahlen in der Abbildungsfläche. Strahlen von einem oberen Bereich eines strahlenden Körpers fallen auf den unteren Rand der Projektionsfläche, während umgekehrt Strahlen vom unteren Bereich auf den oberen Rand der Projektionsfläche abgebildet werden. Somit wird jeder Punkt des Gegenstandes als Scheibchen auf der Projektionsfläche abgebildet, so dass die Überlagerung der Scheibchenbilder ein Bild des strahlenden Körpers liefert, dessen Auflösung vom Abstand des strahlenden Körpers und der Form der Blende abhängt.
Bei hochenergetischer Strahlung tritt das Problem auf, dass wegen ihres hohen Durch- dringungsvermögens die Dicke des Materials für die Lochblende groß, das heißt im Verhältnis zur Halbwertsdicke der Intensität der zur Abbildung benutzten Strahlung gewählt werden muss. Deshalb wird die erreichbare Abbildungsgüte im Wesentlichen durch Blendendurchmesser und Materialdicke und -dichte bestimmt. Oft erhält man daher bestenfalls ein Schattenbild der eigentlichen Lochblende, wobei die Lochblende, die zur Abbildung dienen soll, aufgrund der Wanddicke zum Kollimator wird, der nur ein gradliniges Strahlenbündel passieren lässt. Deshalb wird oftmals die Blende in den Lochkameras trompe- tenförmig mit der engen Stelle zur Strahlenquelle gestaltet, um die abbildenden Eigenschaften nicht vollends zu verlieren. Bei energiereicher Strahlung liegt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen aufgrund der erforderlichen Materialdicke eine erhebliche Abweichung vom idealen Lochkameraprinzip vor.
In der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 ist eine Blende offenbart, welche einige der beschriebenen Nachteile überwindet. Die Blende lässt sich mit nahezu beliebiger Materialschichtdicke verwirklichen, ohne dabei ihre abbildenden Eigenschaften zu verlieren. Die Blende ist geeignet, von einer Strahlungsquelle ausgehende, insbesondere hochenergetische, Strahlung zu begrenzen und entlang einer optischen Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich zu richten. Die Blende umfasst ein erstes Absorptionselement, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise durch eine Funktion der Form z(x,y) = f(y) * x + n beschrie- ben werden kann, sowie ein zweites Absorptionselement, welches eine zweite nichtebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche des ersten Absorptionselements geformt ist, wobei die beiden Absorptionselemente derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen ein Spalt vorhanden ist.
Nachteilig ist an dieser Blende, dass der Kameraaufbau unhandlich und schwer ist; ein- schließlich der Abschirmung hat der Kameraaufbau typischerweise ein Gewicht von 200 bis 300 kg. Ein weiterer Nachteil liegt in der langen Expositionszeit; insbesondere bei der Abbildung rückstreuender Objekte kann aufgrund der geringen Intensität der Rückstreustrahlung eine Expositionszeit von mehr als einer halber Stunde erforderlich sein. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schlitzblende für eine Lochkamera anzugeben, welche gegenüber der in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarten Blende einen kompakteren Kameraaufbau sowie eine höhere Intensität auf der Abbildungsfläche und somit eine kürzere Expositionszeit ermöglicht. Der abzubildende Objektbereich soll dabei beibehalten werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels einer Schlitzblende, insbesondere einer asymmetrischen Schlitzblende mit erweitertem Öffnungswinkel zur Abbildung strahlender und rückstreuender Objekte, mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Unter einem Absorptionselement ist hier ein Element zu verstehen, das zumindest einen Bereich aufweist, welcher die Strahlung zumindest teilweise absorbiert. Unter einem Spalt ist ein die Strahlung gering absorbierender Bereich zu verstehen. Er kann mit Luft oder einem anderen geeigneten Material gefüllt sein, welches die Strahlung weniger absorbiert als die die Strahlung zumindest teilweise absorbierenden Bereiche der Absorptionsele- mente, wobei das Material in Form eines separaten Einsatzstückes oder einer auf mindestens eine der nicht-ebenen Oberflächen aufgebrachten Beschichtung vorliegen kann.
Unter einer Regelfläche (engl.: ruled surface) ist eine Fläche zu verstehen, bei der zu jedem Punkt auf der Fläche eine Gerade existiert, die vollständig in der Fläche liegt. Diese vollständig in der Fläche liegenden Geraden werden als die Erzeugenden der Regelfläche bezeichnet. Die gaußsche Krümmung einer Fläche in einem Punkt ist das Produkt ihrer beiden Hauptkrümmungen in dem Punkt; die Hauptkrümmungen der Fläche in einem Punkt sind der minimale Wert und der maximale Wert der Krümmungen aller Kurven, die sich durch Schneiden der Fläche mit einer die Flächennormale auf dem Punkt enthalten- den Ebene ergeben. Ein Beispiel einer Regelfläche ist die in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 genutzte Fläche, die sich durch eine Funktion der Form z(x,y) = f(y) * x + n beschreiben lässt. Die Erzeugenden dieser Regelfläche haben die Geradengleichungen
r = (0, y0 , n) + λ (1,0, / (y0 )) , wobei jedem Wert des Parameters y0 genau eine Erzeu- gende entspricht. Insbesondere wird die Fläche, die durch die in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarte Funktion z(x,y) = C * y * x + n beschrieben wird, durch die
Geraden mit den Geradengleichungen r = (0, y0 , n) + λ (1,0, Cy0 ) erzeugt. Ihre gaußsche
Krümmung im Punkt (x,y,z(x,y)) beträgt
Figure imgf000006_0001
und ist somit auf der gesamten Fläche von Null verschieden.
Um zu bestimmen, welche Regelflächen für eine Weiterentwicklung der in der Patent- schrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarten Blende geeignet sein könnten, werden die Richtungen betrachtet, in denen Strahlenbündel ungehindert oder nahezu ungehindert einfallen können. Die Erzeugenden der Regelfläche liefern eine einparametrige Schar von Richtungen, entlang derer Strahlenbündel ungehindert einfallen können. Um eine zweidimensionale Abbildung zu erzeugen, muss jedoch eine zweidimensionale Mannigfaltig- keit von Strahlenbündeln die Blende passieren. Der erforderliche zweite Freiheitsgrad ergibt sich dadurch, dass Strahlenbündel, die in der Tangentialebene zu einem Punkt der Regelfläche einfallen, die Blende nahezu ungehindert passieren, wenn sie sich nicht zu sehr von der durch diesen Punkt verlaufenden Erzeugenden unterscheiden, da sich in diesem Fall lediglich eine geringfügige, in der Entfernung von dem betrachteten Punkt quadratische Abweichung von der Regelfläche ergibt.
Als Bedingung für das Zustandekommen einer zweidimensionalen Abbildung ergibt sich somit, dass die Richtungsänderung beim Durchlaufen der Erzeugendenschar und die Richtungsänderung beim Drehen der Erzeugenden in der Tangentialebene voneinander linear unabhängig sein müssen; nur in diesem Fall führen diese beiden Richtungsänderungen zu einer zweidimensionalen Mannigfaltigkeit ungehindert oder nahezu ungehindert durchgelassener Strahlenbündel.
Aus der Differentialgeometrie ist bekannt, dass die gaußsche Krümmung einer Regelflä- che in einem Punkt genau dann verschwindet, wenn die Ableitung des Richtungsvektors der Erzeugenden und die auf der Erzeugenden senkrechte Tangente kolinear sind. Es folgt, dass genau dann eine zweidimensionale Abbildung erzeugt wird, wenn die gaußsche Krümmung der Regelfläche in dem verwendeten Teilbereich der Regelfläche nirgends verschwindet. Aus der Patentschrift DD 240 091 A1 und der Offenlegungsschrift DE 40 00 507 A1 sind Blenden für hochenergetische Strahlung bekannt, in denen Teilbereiche von Regelflächen zur Bildung eines Spalts verwendet werden, und zwar von Kegeln beziehungsweise ebenen Flächen. In beiden Fällen verschwindet jedoch die gaußsche Krümmung auf der gesamten Regelfläche, die somit nicht zur Gewinnung zweidimensionaler Abbildungen geeignet ist.
Um die Intensität auf der Abbildungsfläche zu erhöhen, ist der Kameraaufbau näher an das Objekt heranzuführen. Sowohl die Verkleinerung des Kameragehäuses als auch das nähere Heranbringen an das Objekt erfordern eine Vergrößerung des Blickwinkels. Dies wird umso mehr notwendig, wenn kleinflächige Flachdetektoren auf Halbleiterbasis eingesetzt werden sollen. Diese besitzen den Vorteil, nicht nur das Abbild direkt in digitale Signale zu wandeln, sondern auch mit sehr hoher Empfindlichkeit zur Verfügung zu stehen. Die Vergrößerung des Blickwinkels erfordert eine entsprechende Anpassung der Blendengeometrie, um eine fächerförmige Strahlenführung zu erreichen.
Eine fächerförmige Strahlenführung wurde auch bei der in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 048 519 A1 offenbarten brennpunktorientierten Walzenblende verwendet. Diese beruht jedoch nicht auf dem Lochkameraprinzip, sondern richtet in jeder Position nur jeweils einen Strahl auf den in einem Brennpunkt befindlichen Detektor; eine zweidimen- sionale Abbildung wird dabei erst durch Drehen der Walzenblende und zeilenweises Abrastern des Objekts gewonnen.
Wie die in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarte Blende ist die erfindungsgemäße Schlitzblende geeignet, von einer Strahlungsquelle ausgehende, insbesondere hochenergetische, Strahlung zu begrenzen und entlang einer optischen Achse nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich zu richten, und umfasst ein erstes Absorptionselement, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche aufweist, von der zumindest ein Teilbereich auf einer Regelfläche liegt, deren gaußsche Krümmung in dem Teilbereich nirgends verschwindet, sowie ein zweites Absorptionselement, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche des ersten Absorptionselements geformt ist, wobei die beiden Absorptionselemente derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen ein Spalt vorhanden ist.
Die erfindungsgemäße Blende ist darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse zwischen den Erzeugenden der Regelfläche sich zum Abbildungsbereich hin verringert. Dadurch wird erreicht, dass die ungefähr entlang der Erzeugenden der Regelfläche einfallenden Strahlenbündel, die nahezu ungehindert durch die Blende treten, hinter der Blende konvergieren und in möglichst geringem Abstand von der Blende auf einen Abbildungsbereich treffen, der deutlich kleiner als der Blendenkörper sein kann. Bevorzugt ist, dass sich zumindest in einem
Teilbereich der ersten nicht-ebenen Außenfläche der Abstand zwischen den Erzeugenden der Regelfläche zum Abbildungsbereich hin in jeder Richtung senkrecht zu der optischen Achse verringert. Dadurch wird erreicht, dass die ungefähr entlang der Erzeugenden der Regelfläche einfallenden Strahlenbündel besonders stark zum Abbildungsbereich hin konvergieren.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung existiert eine Zentralachse, die jede der Erzeugenden der Regelfläche schneidet. Dadurch vereinfacht sich die Abbildungsvorschrift, und bei geeigneter Lage des Blendenkörpers kann der Bereich um die Zentralachse als Abbil- dungsbereich verwendet werden. Zum anderen wird dadurch erreicht, dass die Blende mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 9 bzw. eines Verfahrens gemäß Anspruch 14 hergestellt werden kann.
Besonders bevorzugt ist, dass die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in linearem Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen. Dadurch wird erreicht, dass die Abbildungsvorschrift näherungsweise linear ist und die Blende mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 bzw. eines Verfahrens gemäß Anspruch 15 hergestellt werden kann.
Unter einem linearen Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse ist dabei ein linearer Zusammenhang mit dem Abstand des Schnittpunkts der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse von einem beliebigen festen Punkt auf der Zentralachse zu verstehen. Wenn die Polarwinkel der Rich- tungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in einem solchen linearen Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen und dieser lineare Zusammenhang jeweils kein konstanter Zusammenhang ist, d.h. beide Polarwinkel mit dem Schnittpunkt variieren, dann verschwindet die gaußsche Krümmung der Regelfläche nirgends. Somit ist die Menge aller Regelflächen, bei denen die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in nicht konstantem linearen Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen, eine Teilmenge der Regelflächen, deren gaußsche Krümmung nirgends verschwindet; d.h. das Merkmal, dass die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse in nicht konstantem linearem Zusammenhang mit dem
Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse stehen, führt zu einer erfindungsgemäßen Schlitzblende, ohne dass zusätzlich gefordert werden muss, dass die gaußsche Krümmung der Regelfläche nirgends verschwindet.
In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung liegt die Zentralachse außerhalb des Blendenkörpers. Dadurch wird erreicht, dass der Detektor in der Nähe der Zentralachse angeordnet werden kann, so dass sich auf möglichst kleiner Fläche ein Bild aufnehmen lässt.
In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung weisen die Absorptionselemente einen trapezförmigen Grundriss auf, der sich zur Strahlungsquelle hin erweitert. Dadurch wird erreicht, dass die Außenform der Absorptionselemente dem für die fächerförmige Strahlenführung verwendeten Bereich entspricht.
In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung ist die Öffnung des Spalts auf der der Strahlungsquelle zugewandten Seite der Schlitzblende größer als die Öffnung des Spalts auf der dem Abbildungsbereich zugewandten Seite der Schlitzblende. Dadurch wird erreicht, dass die durch den Spalt tretenden Strahlenbündel auch in der Richtung senkrecht zum Spalt konvergieren.
In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung umfasst die Schlitzblende zusätzlich zu dem einen Spalt mindestens einen weiteren Spalt, dessen Form jeweils im Wesentlichen durch eine affine Abbildung aus der Form des einen Spalts hervorgeht, wie in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2008 025 109.7-54 näher beschrieben. Dadurch wird eine bessere Abbildungsqualität und/oder ein größerer Abbildungsbereich und/oder eine höhere Strahlenausbeute erzielt. Dabei ist eine affine Abbildung eine Abbil- dung des dreidimensionalen Raumes auf sich selbst, welche jede Gerade auf eine Gerade abbildet. In der europäischen Patentanmeldung EP 2 062 705 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Schlitzblenden offenbart, mit welchen sich die in der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 offenbarte Schlitzblende und die in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 048 519 A1 offenbarte brennpunktorientierte Walzenblende herstellen lassen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Lehre weiterzuentwickeln, um eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Schlitzblende anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Herstellung einer Schlitzblende gemäß den in Anspruch 8 bzw. Anspruch 13 genannten Merkmalen gelöst.
Wie die in der europäischen Patentanmeldung EP 2 062 705 A1 offenbarte Vorrichtung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Schlitzblende ein Schneidwerkzeug, welches geeignet ist, entlang einer geraden Linie zu schneiden, und Mittel, welche geeignet sind, eine relative Bewegung zwischen dem Schneidwerkzeug und einem Werkstück zu bewirken derart, dass das Schneidwerkzeug das Werkstück entlang einer Linie schneidet, die einem Strahlengang in der herzustellenden Schlitzblende entspricht. Das Schneidwerkzeug ist geeignet, entlang einer ersten Richtung zu schneiden. Die Mittel umfassen ein Halteelement, auf welchem ein Werkstück befestigbar ist und welches um eine erste Drehachse drehbar gelagert ist. Die Mittel sind dazu geeignet, eine erste Rotationsbewegung des Halteelements um die erste Drehachse und gleichzeitig eine Translationsbewegung des Halteelements entlang der ersten Drehachse zu bewirken. Die erste Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Halte- elements sind gekoppelt.
Diese Lehre wird durch die vorliegende Erfindung dahingehend weiterentwickelt, dass die Mittel ferner geeignet sind, gleichzeitig mit der ersten Rotationsbewegung und der Translationsbewegung eine zweite Rotationsbewegung des Halteelements und der ersten Drehachse um eine zweite Drehachse zu bewirken, und die zweite Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Halteelements gekoppelt sind. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand in Richtung der ersten Drehachse zwischen den geschnittenen Strahlengängen sich in der Richtung senkrecht zu den ersten und zweiten Drehachsen verringert.
Vorzugsweise weisen die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die Linie, entlang derer das Schneidwerkzeug schneidet, einen gemeinsamen Schnittpunkt auf. Dadurch wird erreicht, dass die mittels der Vorrichtung hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 2 aufweist. Besonders bevorzugt ist, dass die zweite Drehachse senkrecht zur Schneidrichtung des Schneidwerkzeugs und senkrecht zur ersten Drehachse verläuft. Besonders bevorzugt ist ferner, dass die Translationsbewe- gung und die erste Rotationsbewegung linear gekoppelt sind und die Translationsbewegung und die zweite Rotationsbewegung linear gekoppelt sind. Eine solche lineare Kopplung ist mit besonders einfachen technischen Mitteln zu bewerkstelligen. Ferner wird dadurch erreicht, dass die mittels der Vorrichtung hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 3 aufweist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schneidwerkzeug unbeweglich angeordnet ist. Bevorzugt ist somit, dass das Schneidwerkzeug feststehend ist und das Werkstück daran herumgeführt wird. Ausgangspunkt dieser bevorzugten Ausführung ist, das Werkstück nicht in eine feste Halterung einzuspannen und das Werk- zeug zu führen, sondern es umgekehrt kontrolliert beweglich um eine Fräse bzw. einen Schneidstrahl herumzuführen.
Die Mittel können eine erste, eine zweite und eine dritte Gewindewelle umfassen, wobei die erste Gewindewelle parallel zu der ersten Drehachse verläuft, die zweite Gewinde- welle auf der ersten Drehachse liegt und die dritte Gewindewelle auf der zweiten Drehachse liegt. Eine Rotationsbewegung der drei Gewindewellen kann durch ein Zahnradsystem gekoppelt sein.
Die erste Gewindewelle kann einen Bereich umfassen, welcher als Schneckenwelle aus- geformt ist, durch welchen ein Haltearm, mit welchem die zweite Gewindewelle verbunden ist, entlang der ersten Drehachse bewegbar ist.
Wie in dem in der europäischen Patentanmeldung EP 2 062 705 A1 offenbarten Verfahren wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schlitzblende eine relative Bewegung zwischen einem Schneidwerkzeug, welches geeignet ist, entlang einer geraden Linie zu schneiden, und einem Werkstück ausgeführt derart, dass das Schneidwerkzeug das Werkstück entlang einer Linie schneidet, die einem Strahlengang in der herzustellenden Schlitzblende entspricht, das Werkstück entlang einer unveränderlichen ersten Richtung geschnitten wird, eine erste Rotationsbewegung des Werkstücks um eine erste Drehachse und gleichzeitig eine Translationsbewegung des Werkstücks entlang der ersten Drehachse ausgeführt wird und die erste Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Werkstücks gekoppelt werden. Diese Lehre wird durch die vorliegende Erfindung dahingehend weiterentwickelt, dass gleichzeitig mit der ersten Rotationsbewegung und der Translationsbewegung eine zweite Rotationsbewegung des Werkstücks und der ersten Drehachse um eine zweite Dreh- achse ausgeführt wird und die zweite Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Werkstücks gekoppelt werden.
Vorzugsweise weisen die erste Drehachse, die zweite Drehachse und die Linie, entlang derer das Schneidwerkzeug schneidet, einen gemeinsamen Schnittpunkt auf. Dadurch wird erreicht, dass die mittels des Verfahrens hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 2 aufweist. Besonders bevorzugt ist, dass die zweite Drehachse senkrecht zur Schneidrichtung des Schneidwerkzeugs und senkrecht zur ersten Drehachse verläuft. Besonders bevorzugt ist ferner, dass die Translationsbewegung und die erste Rotationsbewegung linear gekoppelt werden und die Translationsbe- wegung und die zweite Rotationsbewegung linear gekoppelt werden. Eine solche lineare Kopplung ist mit besonders einfachen technischen Mitteln zu bewerkstelligen. Ferner wird dadurch erreicht, dass die mittels des Verfahrens hergestellte Schlitzblende das vorteilhafte zusätzliche Merkmal des Anspruchs 3 aufweist. Zum Schneiden des Schlitzes kann ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren verwendet werden, darunter beispielsweise Fräsen, Feinfräsen, Präzisionsfräsen, Strahlen, Strahlfräsen oder Sägen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeich- nungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine bildgebende Einrichtung mit einer Blende;
Figur 2 (schematisch) eine Testanordnung;
Figur 3 eine Perspektivansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schlitzblende; eine Explosionsdarstellung der in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Schlitzblende; Figur 5 eine Perspektivansicht des ersten Absorptionselements der gezeigten erfindungsgemäßen Schlitzblende;
Figur 6 eine Perspektivansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Schlitzblende;
Figur 7 eine Perspektivansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schlitzblende; Figur 8 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Strahlfräsen einer Schlitzblende.
Figur 1 veranschaulicht das Lochkameraprinzip an einer bildgebenden Einrichtung 100.
Von einer Strahlungsquelle 102, zum Beispiel einem Testkörper, wird hochenergetische Strahlung 104, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, emittiert. Die Strahlung
104 trifft auf eine Blende 1 10, durch welche sie begrenzt und entlang einer optischen
Achse x nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich 106 gerichtet wird.
Der Abbildungsbereich 106 ist typischerweise eine Projektionsfläche, auf welcher eine
Abbildung des Testkörpers 102 erzeugt wird. Im Abbildungsbereich 106 befindet sich eine Empfangseinheit 108, welche für die Strahlung 104 empfindlich ist, insbesondere ein
Detektor oder eine Kamera.
Figur 2 zeigt schematisch eine Testanordnung. Eine kontinuierlich strahlende, leistungsstarke Röntgenröhre 1 12 erzeugt Strahlung, welche durch eine allseitige Abschirmung, hier eine Bleiwand 1 14 mit Fenster, ausgeblendet wird. Die durch das Fenster der Bleiwand 1 14 hindurchtretende Strahlung fällt auf eine Aluminiumplatte als Streufilter 1 16. Das eigentliche Testobjekt 1 18 ist zwischen dem Streufilter 1 16 und der erfindungsgemäßen Blende 120, welche in einer Abschirmwand 122 aus Blei integriert ist, angeordnet. Als Detektor 124 auf der Projektionsfläche 126 dient in diesem Fall ein Röntgenfilm oder eine Bildspeicherfolie (engl.: phosphor imaging plate) in einer Kassette. Die Erfindung ist nicht auf diese Anordnung beschränkt. Insbesondere ist die Erfindung auch zur Abbildung rückgestreuter Strahlung verwendbar, beispielsweise zur radiographischen Untersuchung von Objekten, zu denen nur ein einseitiger Zugang möglich ist. Figur 3 zeigt eine Perspektivansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schlitzblende 50 gemäß Anspruch 3. Die Schlitzblende 50 umfasst ein erstes Absorptionselement 52 mit einer ersten nicht-ebenen Außenfläche 54 sowie ein zweites Absorptionselement 56 mit einer zweiten nicht-ebenen Außenfläche 58. Zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen 54 und 58 befindet sich ein Spalt 60. Die Absorptionselemente weisen einen trapezförmigen Grundriss auf, der sich zur Strahlungsquelle hin erweitert; die seitlichen Halterungen 62a und 62b weisen eine entsprechende komple- mentäre Form auf.
Zur Beschreibung der ersten nicht-ebenen Außenfläche 54 ist in Figur 3 ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet, dessen Ursprung im Mittelpunkt der ersten nicht-ebenen Außenfläche 54 liegt, dessen x-Achse in Richtung der optischen Achse liegt und des- sen y-Achse auf der Zentralachse liegt, durch die sämtliche Erzeugenden der Regelfläche, auf der die erste nicht-ebene Außenfläche 54 liegt, verlaufen. Der Abbildungsbereich liegt hinter der Blende 50 in Richtung der positiven x-Achse.
Die Höhe h-ι der Öffnung des Spalts 60 an der Vorderseite der Blende 50 ist größer als die Höhe h2 der Öffnung des Spalts 60 an der Rückseite der Blende 50. Beispielsweise kann die Höhe h-i 3 mm betragen und die Höhe h2 1 mm. Die hintere Öffnung des Spalts verläuft aufgrund der fächerförmigen Strahlenführung steiler als die vordere Öffnung des Spalts. Die Breite d der Vorderseite einer seitlichen Halterung kann beispielsweise 10 bis 25 mm betragen.
Figur 4zeigt eine Explosionsdarstellung der in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Schlitzblende. Exemplarisch sind zwei Erzeugende E-ι und E2 der Regelfläche eingezeichnet. Der auf der ersten nicht-ebenen Außenfläche 54 verlaufende Teil der Erzeugenden E2 ist zur Verdeutlichung hervorgehoben. Der Abstand in y-Richtung, d.h. in Richtung der Zentralachse, zwischen den Erzeugenden E-ι und E2 nimmt zum Abbildungsbereich hin ab. In dem Teilbereich der ersten nicht-ebenen Außenfläche mit x < 0 verringert sich zum Abbildungsbereich hin auch der Abstand zwischen den Erzeugenden der Regelfläche in z-Richtung, und somit in jeder Richtung senkrecht zu der optischen Achse. Figur 5 zeigt eine Perspektivansicht des ersten Absorptionselements der in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Blende mit exemplarischen Abmessungen, die beispielsweise die Werte h3 = 14 mm, h4 = 16 mm, h5 = 30 mm, h6 = 13 mm, h7 = 17 mm, bi = 13 mm, b2 = 50 mm, t = 50 mm und oc = 15° annehmen können. Figur 6 zeigt eine Perspektivansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schlitzblende 70. Die Schlitzblende 70 umfasst ein erstes Absorptionselement 72 mit einer ersten nicht-ebenen Außenfläche sowie ein zweites Absorptionselement 76 mit einer zweiten nicht-ebenen Außenfläche. Der übersichtlicheren Darstellung halber ist nur der Spalt 80 gezeigt und nicht die ihn bildenden, dicht beieinander liegenden komplementären nicht-ebenen Außenflächen. Zusätzlich ist zum Vergleich eine Schlitzblende 70' gemäß der Patentschrift DE 10 2005 029 674 B4 mit einem ersten Absorptionselement 72', einem zweiten Absorptionselement 76' und einem Spalt 80' eingezeichnet, wobei beide Blenden dieselbe Zentralachse aufweisen und im selben kartesischen Koordinatensystem beschrieben werden, dessen y-Achse auf der gemeinsamen Zentralachse liegt.
Wie bei der Schlitzblende des ersten Ausführungsbeispiels weisen die Absorptionsele- mente der Schlitzblende des zweiten Ausführungsbeispiels einen trapezförmigen Grund- riss auf. Die Schnittlinien der Spalte mit den äußeren Grenzflächen der jeweiligen Schlitzblende sind eingezeichnet, nämlich jeweils die beiden äußersten Erzeugenden E3 und E4 bzw. E3' und E4', die Öffnung des Spalts auf der der Strahlungsquelle zugewandten Seite der Schlitzblende, Oi bzw. OY, und die Öffnung des Spalts auf der dem Abbildungs- bereich zugewandten Seite der Schlitzblende, 02 bzw. 02'. Die Erzeugenden der Regelfläche, auf der die erste nicht-ebene Außenfläche des ersten Absorptionselements der Schlitzblende des zweiten Ausführungsbeispiels liegt, laufen in y-Richtung, d.h. in Richtung der Zentralachse, aufeinander zu. Auch ihre z-Koordinaten nähern sich im Bereich x < 0, in dem die erste nicht-ebene Außenfläche liegt, einander an. In diesem Ausführungs- beispiel verringert sich somit auf der gesamten ersten nicht-ebenen Außenfläche der
Abstand zwischen den Erzeugenden der Regelfläche zum Abbildungsbereich hin in jeder Richtung senkrecht zu der optischen Achse.
In diesem Ausführungsbeispiel liegt die y-Achse außerhalb des Blendenkörpers. Dadurch kann in der Nähe der y-Achse in geringem Abstand von der Schlitzblende auf besonders kleiner Fläche der Detektor angeordnet werden. Eine solche asymmetrische Gestaltung des Blendenkörpers wurde bereits in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2008 025 109.7-54 offenbart; in der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht nur der Blendenkörper, sondern auch die (unbegrenzte) Regelfläche bezüglich der y-Achse asymmetrisch.
Figur 7 zeigt eine Perspektivansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schlitzblende 90, in der, wie in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2008 025 109.7-54 näher beschrieben, zusätzlich zu dem Spalt 92 ein weite- rer Spalt 94 angeordnet ist, dessen Form durch eine affine Abbildung aus der Form des Spalts 92 hervorgeht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die affine Abbildung eine Rotation um die Zentralachse y um den Winkel ß. Der Winkel ß beeinflusst sowohl die Intensitäts- Verteilung im Bildfeld als auch die Breite des wiedergegebenen Bildes; er kann frei gewählt werden. Bei Bedarf können weitere Spalte hinzugefügt werden. Es ergeben sich keine Überschneidungen zwischen den verschiedenen Spalten, wenn die Zentralachse y außerhalb der Schlitzblende 90 oder, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, auf der hinteren Grenzfläche der Schlitzblende 90 liegt. Zusätzlich zu der Schlitzblende 90 ist zur Verdeutlichung der Strahlengänge ein weiterer Blendenkörper 90' eingezeichnet, der jedoch nicht Teil der Schlitzblende 90 ist.
Figur 8 zeigt eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Strahlfrä- sen einer Schlitzblende aus würfelförmigem Rohmaterial (Halbzeug) mit halb gefrästem Block. (Der Übersichtlichkeit halber sind Details der Aufhängung, des Antriebs und der Einspannung eines Rohlings nicht gezeigt.) Diese Vorrichtung eignet sich zur Fertigung einer Schlitzblende gemäß Anspruch 3. Dabei wird ein würfelförmiges Werkstück 10 sowohl mit einem linear fortschreitenden Vorschub als auch mit zwei gleichzeitig stattfin- denden Drehungen fortbewegt. Diese drei Bewegungen sind miteinander gekoppelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel stehen alle drei Bewegungen in einem festen linearen Zusammenhang, so dass sie mit einer einfachen mechanischen Übersetzung gekoppelt werden können. Das eingezeichnete kartesische Koordinatensystem ist als körperfest auf das Werkstück 10 bezogenes aufzufassen; es entspricht den in den Figuren 3, 4 und 6 eingezeichneten kartesischen Koordinatensystemen.
Mittels eines Motors (nicht gezeigt) wird eine erste Gewindewelle 16 angetrieben, welche parallel zur -Achse verläuft. Die erste Gewindewelle 16 weist einen Bereich 18 auf, der als Schneckenwelle ausgeformt ist. Durch mechanische Wechselwirkung mit dem Bereich 18 wird ein parallel zur z-Achse angeordneter Haltearm 20 in einer Richtung parallel zur - Achse fortbewegt, wodurch eine mit dem Haltearm 20 verbundene, entlang der y-Achse angeordnete zweite Gewindewelle 22 und das darauf angeordnete Werkstück 10 linear entlang der y-Achse bewegt wird. Ferner umfasst die Vorrichtung eine dritte Gewindewelle 40, welche entlang der z-Achse verläuft. Die Rotation der drei Gewindewellen 16, 22 und 40 erfolgt synchronisiert, wobei die mechanische Übertragung über ein Zahnradsystem 24 bewerkstelligt wird. Das Zahnradsystem 24 besteht aus drei Zahnrädern (Stirnoder Kegelzahnräder) 26, 28 und 42, welche auf den drei Gewindewellen 16, 22 und 40 gelagert sind, einer senkrecht zur y-Achse angeordneten Schneckenwelle 30 sowie einer weiteren Gewindewelle 44, die einen Bereich 46 aufweist, der als Schneckenwelle aus- geformt ist. Auf der Schneckenwelle 30 ist ein weiteres Zahnrad 32 gelagert, und auf der Gewindewelle 44 ist ein weiteres Zahnrad 38 gelagert. Die Schneckenwelle 30 treibt das Zahnrad 28 auf der zweiten Gewindewelle 22 an, während ebenfalls eine Übertragung der Drehbewegung zwischen den zueinander senkrecht angeordneten Zahnrädern 26, 32 erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt an dieser Stelle eine Untersetzung der Geschwindigkeit von 2 : 1 . Dadurch wird die Drehbewegung auf das Werkstück 10 übertragen, welches mittels einer Halterung 36a, 36b auf der zweiten Gewindewelle 22 ange- ordnet ist. Aufgrund der gleichzeitig ausgeführten linearen Abwärtsbewegung (entlang der y-Achse) muss die Achse der zweiten Gewindewelle 22 mit der Halterung 36a, 36b des Werkstückes teleskopartig mit einem Rohr 34 so verbunden sein, dass die Drehung übertragen, die entlang der -Achse gerichtete Abwärtsbewegung gleichzeitig aber nicht behindert wird. Um einen Öffnungswinkel von γ = 60° zu überstreichen, während das Werkstück 10 über die Distanz d nach unten bewegt wird, muss bei dieser Anordnung das Zahnrad 28 einen Radius r von 3ό/2ττ aufweisen, also von rund d/2.
Ferner treibt die Gewindewelle 44 über den als Schneckenwelle ausgeformten Teil 46 das Zahnrad 42 auf der dritten Gewindewelle 40 an, während ebenfalls eine Übertragung der Drehbewegung zwischen den beiden Zahnrädern 26, 38 erfolgt. Die dritte Gewindewelle 40 ist raumfest gelagert, und die gesamte Vorrichtung einschließlich der ersten und zweiten Gewindewelle ist so gelagert, dass sie sich bei einer Drehung der dritten Gewindewelle 40 um diese dreht. Da das eingezeichnete Koordinatensystem als körperfest auf das Werkstück 10 bezogenes aufzufassen ist, liegen die erste Gewindewelle 16 und die zweite Gewindewelle 22 nach einer Drehung um die dritte Gewindewelle 40 weiterhin parallel zur y-Achse.
Während der Rotationsbewegung des Werkstücks 10 um die zweite Gewindewelle 22 und die dritte Gewindewelle 40 und der gleichzeitig ausgeführten Translationsbewegung ent- lang der y-Achse wird durch einen Schneidstrahl 12 ein Schlitz in das Werkstück 10 gefräst. Der Schneidstrahl 12 verläuft in der dargestellten Lage des Werkstücks parallel zur x-Achse und behält diese Richtung während des gesamten Fräsvorganges raumfest bei, nimmt also nicht an der Drehung des Werkstücks 10 und des auf dieses bezogenen körperfesten Koordinatensystems teil. Er folgt dabei dem Strahlengang durch die herzu- stellende Blende.
In der Darstellung ist das Werkstück 10 symmetrisch in die Halterung 36a, 36b eingesetzt, um die in Figur 3 dargestellte erfindungsgemäße Schlitzblende des ersten Ausführungsbeispiels herzustellen. Um die in Figur 6 dargestellte Schlitzblende des zweiten Ausfüh- rungsbeispiels und die in Figur 7 dargestellte Schlitzblende des dritten Ausführungsbeispiels, bei denen die Zentralachse außerhalb des Blendenkörpers verläuft, herzustellen, ist das Werkstück 10 asymmetrisch einzusetzen, so dass die durch die zweite Gewinde- welle 22 verlaufende Drehachse außerhalb des Blendenkörpers zu liegen kommt. Um eine Schlitzblende mit mehreren Spalten wie im dritten Ausführungsbeispiel herzustellen, können mehrere Fräsvorgänge durchgeführt werden, wobei das Werkstück 10 jeweils in einer dem zu fräsenden Spalt entsprechenden Lage einzusetzen ist.
Das Werkstück 10 besteht aus einem geeigneten Kollimatormaterial, beispielsweise Den- simet als mechanisch verarbeitbare Wolframlegierung. Für Röntgenstrahlung, insbesondere rückgestreute Röntgenstrahlung, ist Blei prinzipiell auch geeignet, aber nur schwer mechanisch verarbeitbar. Denkbar wäre die Herstellung im Gussverfahren. Eine Form hierzu könnte mit einem Rohling aus einem anderen geeigneten Material gefertigt werden.
Dass die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, eine erfindungsgemäße Schlitzblende herzustellen, wird am Beispiel der Vorrichtung gemäß Anspruch 9, insbesondere gemäß Anspruch 10, des Verfahrens gemäß Anspruch 14, insbesondere gemäß Anspruch 15, und der Schlitzblende gemäß Anspruch 2, insbesondere gemäß Anspruch 3, gezeigt.
Die durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 9 und das Verfahren gemäß Anspruch 14 geschnittenen Strahlengänge werden in dem oben eingeführten körperfesten, d.h. mit dem Werkstück fest verbundenen kartesischen Koordinatensystem beschrieben. Der Ursprung des Koordinatensystems liegt in dem gemeinsamen Schnittpunkt der beiden Drehachsen und der Schnittlinie des Schneidwerkzeugs, und die y-Achse zeigt entlang der ersten Drehachse. Die x-Achse und die z-Achse liegen so, dass sie in der in Figur 8 dargestellten, als Ausgangslage betrachteten Lage des Werkstücks entlang der Schnitt- linie des Schneidwerkzeugs bzw. entlang der zweiten Drehachse liegen. Die Geradengleichung der Schnittlinie des Schneidwerkzeugs wird nun in diesem Koordinatensystem beschrieben. In der Ausgangslage hat sie die Form r = (0,0,0) + λ (1,0,0) .
Da die erste Drehachse sich mit dem Werkstück mitdreht und somit in dem körperfesten Koordinatensystem eine feste Richtung aufweist, während die zweite Drehachse bei einer Drehung um die erste Drehachse ihre Richtung in dem körperfesten Koordinatensystem ändert, ist zunächst die Drehung um die zweite Drehachse anzuwenden und dann erst die Drehung um die körperfeste erste Drehachse und die Verschiebung entlang derselben. Eine Drehung um einen Winkel ΰ um die in der Ausgangslage in z-Richtung liegende zweite Drehachse ergibt r = (0,0,0) + λ (οο8-θ, 8ίηθ,0) .
Eine Drehung um einen Winkel φ um die körperfest in y-Richtung liegende erste Dreh- achse ergibt dann r = (0,0,0) + λ
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οοβφ, βίη'θ, οοβ'θ βίη φ) , und eine Verschiebung um eine Strecke y0 entlang der körperfest in y-Richtung liegenden ersten Drehachse führt schließlich auf r = (0, 70 ,0) + λ (οο8ΐ3- cosq^ sini^ cosiS- sin cp) .
Die hergestellte Schlitzblende hat also in der y-Achse eine Zentralachse, durch die alle Schnittlinien verlaufen, und weist somit das zusätzliche Merkmal des Anspruchs 2 auf. Werden die beiden Rotationsbewegungen und die Translationsbewegung linear gekoppelt, so besteht zwischen der Strecke y0 , die die Lage des Schnittpunkts der Schnittlinie mit der Zentralachse angibt, und den Winkeln und φ , die die Polarwinkel des
Richtungsvektors (cosi3- cos(p,sini3- ,cosi3' sincp) bezüglich der y-Achse sind, ein linearer Zusammenhang. Somit weist in diesem Fall die hergestellte Schlitzblende das zusätzliche Merkmal des Anspruchs 3 auf. Der Richtungsvektor der Schnittlinie bildet mit der y-Achse den Winkel π 12 -ϋ- . Da dieser Winkel in linearem Zusammenhang mit der y-Koordinate des Schnittpunkts mit der Zentralachse steht, nimmt (bei geeigneter Wahl des Drehsinns) der Abstand in y-Richtung der Schnittlinien zum Abbildungsbereich hin ab. Somit weist die solchermaßen hergestellte Schlitzblende auch das Kennzeichen des Anspruchs 1 auf.
Als gaußsche Krümmung der Regelfläche der solchermaßen hergestellten Schlitzblende ergibt sich ein Bruch mit dem Zähler - ( cos2 i3- , wobei φ die konstante Rate ist, mit der sich der Winkel φ entlang der Zentralachse linear ändert. Die Winkel = ±π /2 , bei denen diese Krümmung verschwindet, werden nicht verwendet, da der Strahlengang in diesem Fall entlang der Zentralachse verlaufen und nicht in Richtung des Abbildungsbereichs führen würde. Bei von Null verschiedener Änderungsrate φ des Winkels φ verschwindet somit die gaußsche Krümmung nirgends in dem für die Abbildung verwendeten Teilbereich der Regelfläche. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Werkstück
12 Schneidwerkzeug
16 erste Gewindewelle
18 Schneckenwelle
20 Haltearm
22 zweite Gewindewelle
24 Zahnradsystem
26 Zahnrad
28 Zahnrad
30 Schneckenwelle
32 Zahnrad
34 Rohr
36a, b Halterung
38 Zahnrad
40 dritte Gewindewelle
42 Zahnrad
44 Gewindewelle
46 Schneckenwelle
50 Schlitzblende
52 erstes Absorptionselement
54 erste nicht-ebene Außenfläche
56 zweites Absorptionselement
58 zweite nicht-ebene Außenfläche
60 Spalt
62a, b Halterungen
70, 70' Schlitzblende
72, 72' erstes Absorptionselement
76, 76' zweites Absorptionselement
80, 80' Spalt
90 Schlitzblende
90' weiterer Blendenkörper
92 Spalt
94 weiterer Spalt
100 bildgebende Einrichtung
102 Strahlungsquelle 104 Strahlung
106 Abbildungsbereich
108 Empfangseinheit
1 10 Blende
1 12 Röntgenröhre
1 14 Bleiwand
1 16 Streufilter
1 18 Testobjekt
120 Blende
122 Abschirmwand
124 Detektor
126 Projektionsfläche
Ei, E2 Erzeugende
E3, E4, E3', E4' äußerste Erzeugende
Oi, 02, Οι\ 02' Öffnung des Spalts

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Schlitzblende (50, 70, 90), insbesondere für eine bildgebende Einrichtung (100), welche geeignet ist, von einer Strahlungsquelle (102) ausgehende, insbesondere hochenergetische, Strahlung (104) zu begrenzen und entlang einer optischen Achse (x) nach dem Lochkameraprinzip auf einen Abbildungsbereich (106) zu richten, wobei die Schlitzblende (50, 70, 90) ein erstes Absorptionselement (52, 72) umfasst, welches eine erste nicht-ebene Außenfläche (54) aufweist, von der zumindest ein Teilbereich auf einer Regelfläche liegt, deren gaußsche Krümmung in dem Teilbereich nirgends verschwindet,
wobei die Schlitzblende (50, 70, 90) ein zweites Absorptionselement (56, 76) umfasst, welches eine zweite nicht-ebene Außenfläche (58) aufweist, deren Oberflächenkontur zumindest teilweise komplementär zu der nicht-ebenen Außenfläche (54) des ersten Absorptionselements (52, 72) geformt ist, und
wobei die beiden Absorptionselemente (52, 72; 56, 76) derart positioniert oder positionierbar sind, dass zwischen den beiden nicht-ebenen Außenflächen (54, 58) ein Spalt (60, 80, 92) vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand in einer Richtung (y) senkrecht zu der optischen Achse (x) zwischen den Erzeugenden der Regelfläche sich zum Abbildungsbereich (106) hin verringert.
Schlitzblende (50, 70, 90) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Zentralachse (y) existiert, die jede der Erzeugenden der Regelfläche schneidet.
Schlitzblende (50, 70, 90) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Polarwinkel der Richtungsvektoren der Erzeugenden der Regelfläche bezüglich der Zentralachse (y) in linearem Zusammenhang mit dem Schnittpunkt der Erzeugenden der Regelfläche mit der Zentralachse (y) stehen.
Schlitzblende (70, 90) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zentralachse (y) außerhalb des Blendenkörpers liegt.
Schlitzblende (50, 70) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (52, 72; 56, 76) einen trapezförmigen Grundriss aufweisen, der sich zur Strahlungsquelle (102) hin erweitert.
Schlitzblende (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Öffnung ( n) des Spalts (60) auf der der Strahlungsquelle (102) zugewandten Seite der Schlitzblende (50) größer ist als die Öffnung (h2) des Spalts (60) auf der dem Abbildungsbereich (106) zugewandten Seite der Schlitzblende (50).
Schlitzblende (90) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schlitzblende (90) zusätzlich zu dem einen Spalt (92) mindestens einen weiteren Spalt (94) umfasst, dessen Form im Wesentlichen durch eine affine Abbildung aus der Form des einen Spalts (92) hervorgeht.
Vorrichtung zur Herstellung einer Schlitzblende (50, 70, 90), umfassend
ein Schneidwerkzeug (12), welches geeignet ist, entlang einer geraden Linie zu schneiden, und
Mittel, welche geeignet sind, eine relative Bewegung zwischen dem Schneidwerkzeug (12) und einem Werkstück (10) zu bewirken derart, dass das Schneidwerkzeug (12) das Werkstück (10) entlang einer Linie schneidet, die einem Strahlengang in der herzustellenden Schlitzblende (50, 70, 90) entspricht,
wobei
das Schneidwerkzeug (12) geeignet ist, entlang einer ersten Richtung (x) zu schneiden;
die Mittel ein Halteelement (36a, 36b) umfassen, auf welchem ein Werkstück (10) befestigbar ist und welches um eine erste Drehachse (22) drehbar gelagert ist; die Mittel dazu geeignet sind, eine erste Rotationsbewegung des Halteelements (36) um die erste Drehachse (22) und gleichzeitig eine Translationsbewegung des Halteelements (36) entlang der ersten Drehachse (22) zu bewirken; und
die erste Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Halteelements (36) gekoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel ferner geeignet sind, gleichzeitig mit der ersten Rotationsbewegung und der Translationsbewegung eine zweite Rotationsbewegung des Halteelements (36) und der ersten Drehachse (22) um eine zweite Drehachse (40) zu bewirken, und die zweite Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Halteelements (36) gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Drehachse (40) entlang einer zweiten Richtung (z) senkrecht zur
Schneidrichtung (x) des Schneidwerkzeugs (12) und senkrecht zur ersten Drehachse (22) verläuft und
die erste Drehachse (22), die zweite Drehachse (40) und die Linie, entlang derer das Schneidwerkzeug (12) schneidet, einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Translationsbewegung und die erste Rotationsbewegung linear gekoppelt sind und
die Translationsbewegung und die zweite Rotationsbewegung linear gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel eine erste (16), eine zweite (22) und eine dritte (40) Gewindewelle umfassen,
wobei die erste Gewindewelle (16) parallel zu der ersten Drehachse (22) verläuft, die zweite Gewindewelle (22) auf der ersten Drehachse (22) liegt und die dritte Gewindewelle (40) auf der zweiten Drehachse (40) liegt und wobei eine Rotationsbewegung der drei Gewindewellen (16, 22, 40) durch ein Zahnradsystem (24) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Gewindewelle (16) einen Bereich (18) umfasst, welcher als Schneckenwelle ausgeformt ist, durch welchen ein Haltearm (20), mit welchem die zweite Gewindewelle (22) verbunden ist, entlang der ersten Drehachse (22) bewegbar ist.
Verfahren zur Herstellung einer Schlitzblende,
wobei eine relative Bewegung zwischen einem Schneidwerkzeug (12), welches geeignet ist, entlang einer geraden Linie zu schneiden, und einem Werkstück (10) ausgeführt wird derart, dass das Schneidwerkzeug (12) das Werkstück (10) entlang einer Linie schneidet, die einem Strahlengang in der herzustellenden Schlitzblende entspricht;
das Werkstück (10) entlang einer unveränderlichen ersten Richtung (x) geschnitten wird;
eine erste Rotationsbewegung des Werkstücks (10) um eine erste Drehachse (22) und gleichzeitig eine Translationsbewegung des Werkstücks (10) entlang der ersten Drehachse (22) ausgeführt wird; und
die erste Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Werkstücks (10) gekoppelt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
gleichzeitig mit der ersten Rotationsbewegung und der Translationsbewegung eine zweite Rotationsbewegung des Werkstücks (10) und der ersten Drehachse (22) um eine zweite Drehachse (40) ausgeführt wird und
die zweite Rotationsbewegung und die Translationsbewegung des Werkstücks (10) gekoppelt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Drehachse (40) entlang einer zweiten Richtung (z) senkrecht zur Schneidrichtung (x) des Schneidwerkzeugs (12) und senkrecht zur ersten Drehachse (22) verläuft und
die erste Drehachse (22), die zweite Drehachse (40) und die Linie, entlang derer das Schneidwerkzeug (12) schneidet, einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Translationsbewegung und die erste Rotationsbewegung linear gekoppelt werden und
die Translationsbewegung und die zweite Rotationsbewegung linear gekoppelt wer- den.
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