WO2014000810A1

WO2014000810A1 - Sensoreinrichtung zum erfassen von strahlung, insbesondere röntgenstrahlung, zur überprüfung eines werkstücks

Info

Publication number: WO2014000810A1
Application number: PCT/EP2012/062689
Authority: WO
Inventors: Thomas Engel
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-03
Anticipated expiration: 2014-12-29

Description

Sensoreinrichtung zum Erfassen von Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, zur Überprüfung eines Werkstücks

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von Strahlung, mit einem optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, einem optischen Wandler, der abhängig von der auf den optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und einer Abbildungsoptik zum Abbilden des von dem optischen Wandler emittierten Lichts auf den optischen Sensor, wobei die Abbildungsoptik mindestens ein optisches Element aufweist, und einer Abschirmungseinrichtung zum Abschirmen des optischen Sensors von der Strahlung. [0002] Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Sensorsystem mit mehreren Sensoreinrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.

[0003] Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung gemäß einem dritten Aspekt ein Messsystem mit einer Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder mit einer Sensoreinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

[0004] Messsysteme, die eine Röntgenstrahlung, eine γ-Strahlung oder eine Partikelstrahlung dazu verwenden, um ein Objekt zu untersuchen, sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Neben Anwendungen im medizinischen Bereich sind des Weiteren Anwendungen in Mikroskopen oder zur Überprüfung von Werkstücken bekannt. Insbesondere ermöglichen es in der Qualitätssicherung eingesetzte, mit Röntgenstrahlung arbeitende Messsysteme, ein gefertigtes Werkstück nach durch eine Sichtkontrolle nicht feststellbaren Materialfehlern zu untersuchen. Ein Beispiel für derartige Messgeräte ist die unter der Bezeichnung "Metrotom®" vertriebene Baureihe der Anmelderin.

[0005] In Systemen zur Qualitätskontrolle können zum einen direkt bspw. für y- Strahlung empfindliche Detektoren bzw. Sensoreinheiten verwendet werden. Diese sind jedoch in der Regel sehr teuer und in ihrer Dynamik relativ begrenzt. In der Regel weisen derartige Sensorsysteme eine effektive Bit-Datentiefe von nur etwa 8 bis 10 bit auf.

[0006] Darüber hinaus gibt es Ansätze, mittels eines optischen Wandlers, bspw. eines Szintillators, übliche, d.h. für Licht in einem sichtbaren Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm empfindliche, optische Sensoren verwendbar zu machen. Etwa kann der Szintillator Licht in einem sichtbaren Spektralbereich oder im ultravioletten oder infraroten Spektralbereich abhängig von der auf ihn einstrahlenden Strahlung emittieren, das dann von einem optischen Sensor, bspw. einem PMT (Photomultiplier), einer Fotodiode, einer Avalanche-Diode oder einer CCD- oder CMOS-Kamera erfasst werden kann. Derartige optische Sensoren sind weit verbreitet und relativ günstig einsetzbar. Ein Problem ist dabei jedoch regelmäßig, dass derartige optische Sensoren, wenn sie einer hochenergetischen Strahlung, bspw. einer γ-Strahlung oder einer Röntgenstrahlung ausgesetzt werden, starken Alterungseffekten ausgesetzt sind. Die Lebensdauer der Sensoren ist dann nur sehr gering.

[0007] Beispielsweise zeigt die Druckschrift US 2006/0192129 A1 ein mit Röntgenstrahlung arbeitendes Mikroskop. In dem dort dargestellten linearen Aufbau wird die CCD-Kamera zwangsläufig durch die Röntgenstrahlung starken Alterungseffekten ausgesetzt. Dabei ist zu beachten, dass eine hochenergetische Strahlung, wie etwa eine γ-Strahlung und eine Röntgenstrahlung mit sehr kurzer Wellenlänge in beinahe allen Materialien eine Brechzahl von etwa 1 aufweist. Bei einer Transmission tritt somit nahezu keine Strahlablenkung auf, so dass ein in dieser Druckschrift vorgeschlagene lineare Aufbau zwangsläufig dazu führt, dass die CCD-Kamera ständig den Röntgenstrahlen ausgesetzt ist.

[0008] Es wurde daher verschiedentlich vorgeschlagen, den optischen Sensor in einem Bereich anzuordnen, in dem er nicht direkt der hochenergetischen Strahlung ausgesetzt ist. Dazu wurde vorgeschlagen, das von dem optischen Wandler emittierte Licht durch Planspiegel umzulenken, um so eine sichere Anordnung des optischen Sensors zu ermöglichen. Beispiele für derartige Anordnungen finden sich in den Druckschriften DE 10 2008 007 595 A1 , WO 97/20231 A1 und DE 10 2009 033 304 A1 .

[0009] Die dort vorgeschlagenen Anordnungen benötigen jedoch zwingend reflektierende optische Elemente zusätzlich zu der Abbildungsoptik an sich, um die gewünschte Strahlumlenkung zu bewirken. Des Weiteren befinden sich diese zusätzlichen reflektierenden optischen Elemente ebenfalls im direkten Strahlengang der hochenergetischen Strahlung, bspw. der Röntgenstrahlung. Darüber hinaus hängt die Qualität eines derartigen Sensorsystems sehr stark von der Qualität eines solchen reflektierenden Elements ab, da dort entstehende Fehler sich direkt auf das von dem optischen Sensor erfasste Bild auswirken.

[0010] Im Stand der Technik, bspw. der Druckschrift DE 10 2005 033 533 A1 werden Möglichkeiten vorgeschlagen, bspw. eine spektral aufgelöste Analyse der Strahlung vorzunehmen. Mittels der vorgeschlagenen Anordnungen gestaltet es sich jedoch regelmäßig schwierig, durch komplexe Spiegelanordnungen das Licht durch Strahlteilungen auf mehrere optische Sensoren zu leiten, um so neue Möglichkeiten der Auswertung bereitzustellen.

[0011] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sensoreinrichtung, ein verbessertes Sensorsystem und ein verbessertes Messsystem anzugeben, wobei insbesondere der Einsatz mehrerer Sensoreinrichtungen an verschiedenen Orten und damit verbesserte Verfahren zur Erfassung und Auswertung einer Strahlung ermöglicht werden.

[0012] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Sensoreinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass eine durch den optischen Wandler verlaufende, insbesondere das Licht emittierende, Objektebene der Abbildungsoptik und eine durch den optischen Sensor verlaufende Bildebene der Abbildungsoptik einander schneiden, wobei das Licht unmittelbar auf die Abbildungsoptik trifft.

[0013] Unter dem Begriff "Strahlung" wird vorliegend jede Art von elektromagnetischer Strahlung oder Partikelstrahlung verstanden. Insbesondere handelt es sich bei der "Strahlung" um Röntgenstrahlung oder um γ-Strahlung. Unter Röntgenstrahlung kann eine elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 10 pm bis etwa 50 nm verstanden werden. Unter γ-Strahlen können elektromagnetische Strahlen mit in einem Wellenlängenbereich von weniger als 10 pm verstanden werden. Bei den Teilchenstrahlen kann es sich um α-Strahlung, um ß-Strahlung oder um Neutronenstrahlung handeln. Des Weiteren kann es sich bei der "Strahlung" auch um Strahlen im ultravioletten Bereich handeln, etwa in einem Bereich von 50 nm bis etwa 200 nm. Bei der "Strahlung" handelt es sich also um hochenergetische Strahlung.

[0014] Unter einem "optischen Wandler" wird ein Bauelement verstanden, das bei Bestrahlung durch "Strahlung" zur Emission einer elektromagnetischen Strahlung in einem bestimmen Wellenlängenbereich, insbesondere von Licht in einem Wellenlängen- bereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm, angeregt wird. Ein Beispiel für einen solchen optischen Wandler ist ein Szintillator.

[0015] Unter "Licht" wird somit elektromagnetische Strahlung in einem für Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm verstanden. Darüber hinaus ist auch möglich, dass der optische Wandler elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Bereich von etwa 200 nm bis etwa 380 nm emittiert oder in einem nahen Infrarotbereich von 780 nm bis etwa 2500 nm emittiert. Der Wellenlängenbereich, in dem der optische Wandler das Licht emittiert, ist der "erste Wellenlängenbereich", der optische Sensor ist für diesen ersten Wellenlängenbereich sensibel und kann somit das von dem optischen Wandler emittierte Licht erfassen.

[0016] Unter einer "Abbildungsoptik" wird das mindestens eine optische Element verstanden, das das von dem optischen Wandler emittierte Licht auf den optischen Sensor abbildet. Die Abbildungsoptik weist somit eine fokussierende Wirkung auf. Dadurch kann die Ebene des optischen Wandlers, die als "Objektebene" bezeichnet wird, auf eine Ebene der Sensorelemente des optischen Sensors, die als "Bildebene" bezeichnet wird, abgebildet werden. Ein ebener Spiegel, der keinerlei fokussierende Wirkung aufweist, ist somit nicht das erste optische Element, auf das das von dem optischen Wandler emittierte Licht trifft. Im weiteren Verlauf des Strahlenganges kann grundsätzlich dann auch mindestens ein lediglich reflektierender Spiegel vorgesehen sein, bspw. um den Strahlengang zu falten und/oder kompakt zu halten. Dieser ist jedoch nicht an einer abbildenden Eigenschaft der Abbildungsoptik beteiligt.

[0017] Unter "unmittelbar" auf die Abbildungsoptik treffend, wird vorliegend verstanden, dass das von dem optischen Wandler emittierte Licht ohne Beeinflussung durch weitere optische Elemente direkt auf die Abbildungsoptik trifft. Beispielsweise sind zwischen der Abbildungsoptik und dem optischen Wandler im Strahlengang des Lichts keinerlei weitere Elemente zur Beeinflussung des Strahlengangs vorgesehen. Insbesondere sind keinerlei ebene Spiegel zur Reflektion des Lichts vorgesehen. [0018] Es wird somit vorgeschlagen, dass von dem optischen Wandler emittierte Licht direkt auf die Abbildungsoptik treffen zu lassen und auf den optischen Sensor zu fokussieren. Entsprechend steht eine durch den optischen Wandler verlaufende Objektebene derart auf der durch den optischen Sensor bzw. parallel zu den Sensorelementen des optischen Sensors verlaufende Bildebene in einem Winkel aufeinander. Die Objektebene und die Bildebene schneiden sich. Der optische Sensor kann so hinter der Abschirmungseinrichtung in einem gesicherten Bereich angeordnet werden. Die Abbildungsoptik ist entsprechend so ausgebildet, dass, obwohl die Bildebene und die Objektebene nicht parallel zueinander verlaufen, eine scharfe Abbildung der Objektebene auf die Bildebene erfolgt. Dies ermöglicht insbesondere den Verzicht auf reflektierende Spiegel innerhalb des Strahlengangs der Strahlung.

[0019] Des Weiteren wird so ermöglicht, dass der durch den Verzicht auf jegliche reflektierende Spiegel frei gewordene Bereich eine unbeeinflusste weitere Ausbreitung der Strahlung, insbesondere von Röntgenstrahlung, ermöglicht. Die einzige Beeinflussung der Strahlung tritt somit bei der Transmission des optischen Wandlers auf. Die Ausgestaltung des optischen Wandlers kann jedoch unter Kenntnis der für ihn verwendeten Materialien derart vorgenommen werden, dass die Beeinflussung der Strahlung durch den optischen Wandler bekannt ist. Insbesondere eine durch den optischen Wandler verursachte Strahlungsaufhärtung, d.h. Filterung weicher bzw. langwelliger Strahlungsanteile, kann vorab bekannt sein. Auf diese Weise ist man dazu in der Lage, die Eigenschaften der Strahlung nach der Durchdringung des optischen Wandlers der Sensoreinrichtung zu kennen. Da eine weitere Beeinflussung der Strahlung in dem freien Raum hinter dem optischen Wandler nicht erfolgt, besteht die Möglichkeit, an einem weiteren Ort ergänzende Informationen zu dieser Strahlung zu bestimmen, wenn sie den optischen Wandler der Sensoreinrichtung einmal durchdrungen hat. Dies ermöglicht neue Verfahren der Erfassung und Auswertung der Strahlung.

[0020] Das erfindungsgemäße Sensorsystem gemäß einem zweiten Aspekt schlägt vor, eine erste Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und mindestens eine zweite Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorzusehen, wobei der optische Wandler der ersten Sensoreinrichtung und der optische Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung bezüglich einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinander angeordnet sind.

[0021] Unter der "Einfallsrichtung" wird dabei die Hauptrichtung verstanden, in der die Strahlung auf den optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung und den optischen Wandler der zweiten Sensoreinrichtung einfällt. In der Regel wird ein optischer Wandler eine im Wesentlichen scheibenartige Geometrie aufweisen. Dabei weist der optische Wandler eine relativ große Vorder- und Rückfläche auf und darüber hinaus eine bezüglich der Abmessungen der Oberfläche der Vorder- und Rückfläche relativ geringe Dicke. Die "Einfallsrichtung" steht dann senkrecht auf der Vorder- und Rückfläche des optischen Wandlers.

[0022] Auf diese Weise wird es wie voranstehend ausgeführt möglich, an zwei verschiedenen Orten eine Erfassung der Strahlung vorzunehmen. Auf diese Weise werden neue Verfahren zur Auswertung der Strahlung ermöglicht, insbesondere kann auf diese Weise etwa eine Propagationsrichtung der Strahlung ermittelt werden oder eine Energieinformation über bestimmte Anteile der Strahlung gewonnen werden.

[0023] Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Messsystem zum Prüfen eines Werkstücks vorgeschlagen, das eine Strahlungsquelle, die eine Strahlung emittiert, aufweist, insbesondere wobei die Strahlung das Werkstück durchdringt, und das des Weiteren eine Sensoreinrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung oder ein Sensorsystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist.

[0024] Das Messsystem weist somit entweder eine Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder ein Sensorsystem gemäß dem zweiten Aspekt auf und stellt daher dieselben Vorteile bereit.

[0025] Auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bestimmung einer Propagationsrichtung einer Strahlung mit den folgenden Schritten ermöglicht: [0026] - Breitstellen eines Sensorsystems, wobei zumindest ein Differenzvektor zwischen einem ersten Ort des optischen Wandlers der ersten Sensoreinrichtung und einem zweiten Ort des optischen Wandlers der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung bekannt ist,

[0027] - Erfassen eines ersten Bildes des optischen Wandlers der ersten Sensoreinrichtung mittels des optischen Sensors der ersten Sensoreinrichtung,

[0028] - Erfassen eines zweiten Bildes des optischen Wandlers der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung mittels des optischen Sensors der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung,

[0029] - Ermitteln eines Korrelationsergebnisses durch Korrelieren des ersten Bildes und des zweiten Bildes, und

[0030] - Bestimmen der Propagationsrichtung der Strahlung aus dem Differenzvektor und dem Korrelationsergebnis.

[0031] Auf diese Weise wird es möglich, eine Propagationsrichtung bzw. Ausbreitungsrichtung der Strahlung festzustellen. Durch die Kenntnis zumindest des Differenzvektors zwischen dem Ort des optischen Wandlers der ersten Sensoreinrichtung und dem Ort des optischen Wandlers der zweiten Sensoreinrichtung, kann durch Bildkorrelation ein Versatz einander entsprechender Bildanteile auf dem Weg von dem optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung zu dem optischen Wandler der zweiten Sensoreinrichtung in einer Ebene senkrecht zu dem Differenzvektor bestimmt werden. Durch Vektoraddition des Differenzvektors mit dem mittels der Bildkorrelation bestimmten Versatz, erhält man dann einen dreidimensionalen Vektor, der die Propagationsrichtung der Strahlung von dem ersten optischen Wandler zu dem zweiten optischen Wandler angibt. Insbesondere wird auf diese Weise unter der Annahme, dass die Strahlung ausgehend von einer Strahlungsquelle isotrop und nahezu geradlinig ohne Beugungsund Brechungsphänomene ausbreitet, eine Rückprojektion der mittels der optischen Sensoren erfassten Bilder auf ein überprüftes Werkstück möglich. [0032] Des Weiteren wird erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Energieverteilung innerhalb einer Strahlung mit den folgenden Schritten ermöglicht:

[0033] - Breitstellen eines Sensorsystems, wobei ein Anteil der von dem optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung bis zu dem jeweiligen optischen Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung herausgefilterten Strahlung bekannt ist,

[0034] - Erfassen eines ersten Bildes des optischen Wandlers der ersten Sensoreinrichtung mittels des optischen Sensors der ersten Sensoreinrichtung,

[0035] - Erfassen eines zweiten Bildes des optischen Wandlers einer mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung mittels des optischen Sensors der einen der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung,

[0036] - Ermitteln eines Differenzbildes aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild, und

[0037] - Bestimmen einer Energie des Anteils der von dem optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung bis zu dem optischen Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung herausgefilterten Strahlung mittels des Differenzbildes.

[0038] Wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, tritt bei der Durchdringung des optischen Wandlers unvermeidlich eine Strahlungsaufhärtung ein, d.h. ein weicher bzw. langwelliger Anteil der Strahlung wird herausgefiltert. Darüber hinaus können zusätzliche Filterelemente in dem Strahlengang der Strahlung angeordnet werden, um den herausgefilterten Anteil gezielt zu beeinflussen. Gleichzeitig kann aufgrund der Kenntnis über die optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung und der zumindest einen zweiten Sensoreinrichtung aus den mittels der jeweiligen optischen Sensoren erfassten Bildern ein Rückschluss auf die von dem optischen Wandler in Form von Licht emittierte Energie und darüber auf die auf den optischen Wandler einfallende Energie der Strahlung gezogen werden. Aufgrund der flächigen Erstreckung des optischen Wandlers sogar zweidimensional ortsaufgelöst. Darüber lässt sich somit durch einen Vergleich sich entsprechender Anteile eines ersten Bildes und eines zweiten Bildes eine Differenz der Energie der Strahlung zwischen dem Auftreffen auf den ersten optischen Wandler und dem zweiten optischen Wandler ermittelt werden. Da des Weiteren bekannt ist, welcher Anteil der Strahlung, d.h. welcher Wellenlängenbereich bei der Durchdringung des ersten optischen Wandlers und eines eventuellen Filters herausgefiltert wurde, kann so der auf diesen Energie- bzw. Wellenlängenbereich entfallene Energieanteil ermittelt werden. In dem Schritt des Ermitteins des Differenzbildes ist insbesondere über Korrelation und/oder Skalierung der Bilder der Propagation der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung, zwischen den beiden Detektoren Rechnung zu tragen. Beispielsweise bei einer Skalierung wäre der einfachste Fall - da sich die Strahlung von der Röntgenquelle geradlinig ausbreitet - eine stetige Aufweitung des Bündels von der Quelle bis zum Wandler im Detektor anzunehmen. Somit skalieren die Bilder wie die Abstände des Wandlers von der Strahlungsquelle bzw. Röntgenquelle. Durch Streueffekte im Messobjekt können auch Anteile im Bild entstehen, die mit diesem Abstand des optischen Wandlers zum Messobjekt, zum Beispiel einem mittleren Abstand des Messobjekts - als Näherung kann beispielsweise dessen Drehachse verwendet werden - zu einem optischen Wandler, bestimmbar sind und über die Korrelation dann ausgewertet werden können.

[0039] Insbesondere durch die Kaskadierung, d.h. das Anordnen von mehreren optischen Wandlern der Sensoreinrichtungen hintereinander in einer Einfallsrichtung der Strahlung, ist es somit möglich, sukzessive bestimmte Bereiche der Strahlung zu filtern und die auf sie entfallene Energieanteile zu bestimmen.

[0040] Die eingangs genannte Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

[0041] Gemäß einer Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abbildungsoptik derart ausgestaltet ist, dass die Abbildungsoptik die Objektebene scharf auf die Bildebene abbildet.

[0042] Auf diese Weise kann die Strahlung mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Die scharfe Abbildung des von dem optischen Wandler emittierten Lichts auf die Bildebene bzw. die Sensorebene des optischen Sensors, ermöglicht die beste Auswertung des von dem optischen Wandler emittierten Lichts.

[0043] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abbildungsoptik aus dem mindestens einen optischen Element besteht, und wobei jedes optische Element der Abbildungsoptik aus einer Gruppe bestehend aus einem refraktiven optischen Element, einem diffraktiven optischen Element und einem holografischen optischen Element ausgewählt ist.

[0044] Auf diese Weise kann eine besonders einfach und platzsparend ausgestaltete Abbildungsoptik bereitgestellt werden. Jegliche Art von Spiegeln sind in dieser Ausführungsform nicht Teil der Abbildungsoptik.

[0045] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , kann vorgesehen sein, dass eine durch den optischen Wandler verlaufende, insbesondere das Licht emittierende Objektebene der Abbildungsoptik und eine durch den optischen Sensor verlaufende Bildebene der Abbildungsoptik einander schneiden, insbesondere wobei das mindestens eine optische Element ein refraktives optisches Element oder diffraktives optisches Element oder holografisches optisches Element ist, und wobei der optische Wandler, die Abbildungsoptik und der optische Sensor unter Einhaltung der Scheimpflug- bedingung relativ zueinander angeordnet sind.

[0046] Diese Ausführungsform wird insbesondere als ein unabhängiger Aspekt der Erfindung verstanden und bildet zusammen mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ohne die weiteren kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 einen eigenständigen Erfindungsgegenstand.

[0047] Demnach wird zudem eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von Strahlung, mit einem optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, einem optischen Wandler, der abhängig von der auf den optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, einer Abbildungsoptik zum Abbilden des von dem optischen Wandler emittierten Lichts auf den optischen Sensor, wobei die Abbildungsoptik mindestens ein optisches Element aufweist, und einer Abschirmungseinrichtung zum Abschirmen des optischen Sensors von der Strahlung vorgeschlagen, wobei eine durch den optischen Wandler verlaufende, insbesondere das Licht emittierende, Objektebene der Abbildungsoptik und eine durch den optischen Sensor verlaufende Bildebene der Abbildungsoptik einander schneiden, insbesondere wobei das mindestens eine optische Element ein refraktives optisches Element oder diffraktives optisches Element oder holografisches optisches Element ist, und wobei der optische Wandler, die Abbildungsoptik und der optische Sensor unter Einhaltung der Scheimpflugbedingung relativ zueinander angeordnet sind.

[0048] Durch diese Weiterbildung wird ermöglicht, den optischen Sensor in einem vor der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung, sicheren Bereich hinter der Abschirmung anzuordnen. Dabei schneiden sich die durch die Sensorfläche des optischen Sensors verlaufende Bildebene und eine durch den optischen Wandler verlaufende Objektebene der Abbildungsoptik in einer Schnittachse. Die Abbildungsoptik ist nun in dieser Ausführungsform so anzuordnen, dass die Scheimpflugbedingung eingehalten wird. In diesem Fall kann die scharfe Abbildung der Objektebene auf die Bildebene sichergestellt werden. Die Scheimpflugbedingung bzw. die Scheimpflugsche Regel besagt, dass für eine scharfe optische Abbildung sich die Bildebene, die Schärfeebene bzw. Objektebene und die Objektivebene in einer gemeinsamen Geraden schneiden müssen.

[0049] In diesem Fall entsteht ein Bild mit maximaler Schärfe. Die Objektivebene ist dabei die Hauptebene des Objektivs. Im vorliegenden Fall also die Hauptebene der Abbildungsoptik. Bei dem Aufbau der Abbildungsoptik aus lediglich einem einzigen refraktiven optischen Element ist die Hauptebene des optischen Elements gleichzeitig die Hauptebene der Abbildungsoptik bzw. des Objektivs. Bei einem Aufbau der Abbildungsoptik aus mehreren optischen Elementen, wird die Abbildungsoptik bzw. das Objektiv zum Beispiel zwei Hauptebenen aufweisen, eine objektseitige Hauptebene und eine bildseitige Hauptebene. Die Scheimpflugbedingung lautet dann genau, dass sich die Schärfeebene bzw. Objektebene mit der objektseitigen Hauptebene in der gleichen Entfernung von der optischen Achse des Objektivs schneidet wie die Bildebene mit der bildseitigen Hauptebene des Objektivs bzw. der Abbildungsoptik, wobei beide Schnittgeraden zueinander parallel sind. Beide Schnittgraden befinden sich zudem auf derselben Seite der optischen Achse der Abbildungsoptik. Die Schnittgeraden könne auch zusammenfallen, was dann bedeutet, dass die einzelnen Elemente in der Abbildungsoptik ebenfalls zueinander verkippt sind.

[0050] Mit dieser Vorgabe ist somit für den Durchschnittsfachmann eine Abbildungsoptik gestaltbar, die das von dem optischen Wandler emittierte Licht auf den optischen Sensor scharf abbildet. Dabei wird insbesondere die gesamte Fläche des optischen Wandlers, d.h. die Objektebene, scharf auf die Bildebene abgebildet. Mit einer derart gestalteten Abbildungsoptik entfällt jegliche Notwendigkeit, reflektierende Spiegel usw. in einem Strahlengang der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung, anzuordnen, um das Licht geeignet auf den optischen Sensor umzulenken. Somit kann mittels einfacher und kostengünstig herstellbarer refraktiver optischer Elemente eine geeignete Abbildungsoptik bereitgestellt werden.

[0051] In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine optische Element ein diffraktives optisches Element ist. In noch einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine optische Element ein holografisches optisches Element ist.

[0052] Auch mit einem geeignet ausgestalteten diffraktiven optischen Element oder einem geeignet ausgestalteten holografischen optischen Element, das von dem von dem optischen Wandler emittierten Licht bestrahlt wird, kann die Aufgabe gelöst werden, das Licht auf den optischen Sensor bzw. die Bildebene zu fokussieren. Eine solche Lösung kann vorteilhaft sein, insbesondere da ein diffraktives optisches Element oder ein holografisches optisches Element in der Regel ein geringeres Gewicht und geringere Dimensionen aufweist als bspw. eine aus refraktiven optischen Elementen gebildete Abbildungsoptik. [0053] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine optische Element und der optische Wandler unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.

[0054] Der Begriff "unmittelbar aneinander angrenzend" ist dabei derart zu verstehen, dass der optische Wandler und das optische Element aneinander anliegen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der optische Wandler und das optische Element keinen Luftspalt zwischen sich aufweisen.

[0055] Auch wenn das mindestens eine optische Element in diesem Fall von der Strahlung durchdrungen werden würde, könnte unter Umständen ein solcher Aufbau aufgrund seiner Kompaktheit vorzugswürdig sein. Des Weiteren kann unter Umständen ein Design eines diffraktiven optischen Elements oder eines holografischen optischen Elements unter der Vorbedingung, dass es unmittelbar an den optischen Wandler angrenzt, einfacher sein.

[0056] In einer weiteren Ausgestaltung der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung des Weiteren eine Fassungseinrichtung aufweist, die sowohl den optischen Wandler als auch das mindestens eine optische Element trägt.

[0057] In diesem Fall sind somit der optische Wandler und das mindestens eine optische Element in einem Gehäuseteil bzw. einem Gehäuseabschnitt, der die Fassungseinrichtung bildet, zusammen gehalten.

[0058] Hierdurch kann erneut ein Design eines diffraktiven optischen Elements oder eines holografischen optischen Elements vereinfacht werden, indem mittels der Fassungseinrichtung die relative Positionierung des diffraktiven optischen Elements oder des holografischen optischen Elements und des optischen Wandlers festgelegt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das mindestens eine diffraktive optische Element oder das mindestens eine holografische optische Element in den optischen Wandler integriert ist. Unter "integriert" ist dabei eine einstückige, nicht zerstörungsfrei trennbare Verbindung zu verstehen.

[0059] In einer weiteren Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abbildungsoptik mehr als ein optisches Element aufweist, wobei die Abbildungsoptik ein erstes optisches Element aufweist, das ein diffraktives optisches Element oder ein holografisches optisches Element ist, und mindestens ein zweites optisches Element aufweist, und wobei das erste optische Element unmittelbar angrenzend an den optischen Wandler angeordnet ist.

[0060] Somit ist auch eine Kombination eines refraktiven optischen Elements mit einem diffraktiven oder holografischen optischen Element denkbar. Auf diese Weise kann unter Umständen ein Design des diffraktiven optischen Elements oder eines holografischen optischen Elements vereinfacht werden, da ein durch das diffraktive optische Element bzw. das holografische optische Element zu bewirkende Umlenkung geringer gehalten werden kann und zusätzlich durch das refraktive optische Element unterstützt wird. Das mindestens eine zweite optische Element kann darüber hinaus aus einer Mehrzahl von refraktiven optischen Elementen als refraktive Optik, die Teil der Abbildungsoptik ist, gebildet sein. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die voranstehend ausgeführte Scheimpflugbedingung derart eingehalten wird, dass sie, insbesondere nur, für den aus den refraktiven optischen Elementen gebildeten refraktiven Teil der Optik mit seiner bzw. seinen Hauptachsen, der Bildebene in dem optischen Sensor und einer Objektebene eingehalten wird. Die Objektebene in diesem Fall durch das diffraktive bzw. holografische optische Element oder wie üblich durch den optischen Wandler verlaufen.

[0061] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine durch den optischen Wandler verlaufende, das Licht emittierende Objektebene der Abbildungsoptik und eine durch den optischen Sensor verlaufende Bildebene der Abbildungsoptik einander unter einem Winkel von mehr als 10°, insbesondere aber weniger als 60° schneiden. Insbesondere kann der Winkel größer als 20°, insbesondere größer als 30°, insbesondere größer als 45° gewählt sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine geeignet große Verkippung zwischen der Objektebene und der Bildebene bzw. dem optischen Wandler und dem optischen Sensor vorgenommen wird, die es erlaubt, den optischen Sensor in einem sicheren Bereich hinter der Abschirmungseinrichtung anzuordnen. Des Weiteren wird so eine geometrische Verzerrung, insbesondere eine Trapezverzerrung, gering gehalten.

[0062] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der optische Wandler ein Szintillator ist.

[0063] Ein Szintillator ist ein Körper, der beim Durchgang von energiereichen Photonen bzw. energiereicher Strahlung oder geladenen Teilchen bzw. Teilchenstrahlung angeregt wird und die Anregungsenergie in Form von Licht, in der Regel im sichtbaren Spektralbereich, aber auch bspw. im ultravioletten Bereich, wieder abgibt. Das emittierte Licht kann dann von der Abbildungsoptik umgelenkt und von dem optischen Sensor erfasst werden. Durch Messung der Lichtmenge, z.B. mittels eines Photomultipliers oder einer Photodiode, kann direkt auf die an den Szintillator von der Strahlung abgegebene Energie zurückgeschlossen werden.

[0064] In einer weiteren Ausgestaltung der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der optische Sensor eine CCD (charge-coupled device)-Kamera oder eine CMOS (complementary metal oxide semicon- ductor)-Kamera ist. Bereits eingangs erwähnt, kann es sich bei dem optischen Sensor auch um jegliche Art von Photomultiplier, Photodiode, Avalanche-Diode bzw. Mehrzahlen bzw. einem zweidimensionalen Array-Aufbau davon handeln. Insbesondere kann vorgesehen sein, sogenannte Lin-Iog-CMOS-Sensoren einzusetzen. Diese weisen in einem ersten Bereich eine lineare Antwort und in einem zweiten bereich eine logarithmische Antwort auf. Insbesondere kann für ein geringe Beleuchtungsstärken eine lineare Antwort und für hohe Beleuchtungsstärken eine logarithmische Antwort implementiert sein. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit der gesamten Anordnung und das Auflösungsvermögen von Energieunterschieden vergrößert werden. [0065] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strahlung eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Röntgenstrahlung oder eine γ-Strahlung, oder eine Partikelstrahlung ist.

[0066] Mit einer solchen Strahlungsart werden in der Regel Qualitätskontrollen eines Werkstücks durchgeführt. Des Weiteren eignen sich diese Strahlungsarten insbesondere zur Verwendung mit üblichen Szintillatoren.

[0067] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abschirmungseinrichtung, die Abbildungsoptik und der optische Sensor derart angeordnet sind, dass die Abschirmungseinrichtung sowohl den optischen Sensor als auch die Abbildungsoptik abschirmt. Insbesondere kann die Abschirmungseinrichtung auch als Trägereinrichtung für Elemente der Sensoreinrichtung dienen.

[0068] Auf diese Weise kann auch die Abbildungsoptik in einem sicheren Bereich angeordnet werden, indem sie nicht direkt der Strahlung ausgesetzt ist.

[0069] In einer weiteren Ausgestaltung der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf den optischen Signalwandler eine Struktur aufgebracht ist, die eine Skalierungs- und/oder Verzeichnungskorrektur der Abbildung auf den optischen Sensor ermöglicht. Beispielsweise kann es sich bei der Struktur um ein gleichmäßiges Gitter handeln. Die Struktur kann des Weiteren auch auf den optischen Wandler belichtet sein.

[0070] Auf diese Weise wird es sehr einfach ermöglicht, bei der Auswertung des mittels des optischen Sensors erfassten Bildes eine Skalierungs- und/oder Verzeichnungskorrektur vorzunehmen. Auch Veränderungen im Abbildungssystem, die die Skalierung betreffen, können unmittelbar erkannt und bei der Auswertung berücksichtigt werden. [0071] Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Oberfläche des optischen Wandlers aufgeraut ist, um die Struktur in dem von dem optischen Sensor erfassten Bild sichtbar zu machen. Insbesondere kann diese Fläche eine der dem optischen Sensor zugewandte Fläche bzw. eine der auf den optischen Wandler einfallenden Strahlung entgegengesetzte Fläche des optischen Wandlers sein.

[0072] In einer Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann der optische Wandler z.B. mittels einer Planscheibe ausgebildet sein.

[0073] Eine derartige Planscheibe ist einfach, auch durch einen Kunden bzw. Anwender zu tauschen. Ein optischer Wandler würde dann ein Verschleißteil darstellen, das einfach und kostengünstig getauscht werden kann. Insbesondere wird zu diesem Austausch kein besonderes Servicepersonal mit Fachwissen benötigt.

[0074] Um scharfe Bilder auf der Bildebene des optischen Sensors erzeugen zu können, sollte der optische Wandler eine nicht zu große Dicke aufweisen. Unter "Dicke" ist dabei eine Längserstreckung des optischen Wandlers in Richtung der einfallenden Strahlung zu verstehen. Je nach dem für den optischen Wandler verwendeten Material und dessen Quanteneffizienz darf der optische Wandler aber auch nicht zu dünn gewählt sein, um hinreichend viele Photonen pro einstrahlender Energie zu erzeugen. Insbesondere kann der optische Wandler eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 10 mm aufweisen.

[0075] In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass, falls bspw. ein optischer Wandler mit der voranstehend eingehenden Dicke nicht stabil genug sein sollte, eine Trägerfläche bzw. Substrat zum Stützen des optischen Wandlers vorgesehen ist. Ein Material dieses Trägers sollte eine kleine effektive Massenzahl haben, z.B. aus einem Leichtbaustoff bzw. porösen Werkstoff, etwa bspw. aus Magnesium, ausgebildet sein. Dabei können in den Träger Strukturen eingebracht sein, die eine Dickenkalibrierung der Dosis zur Linearitätskorrektur des optischen Sensors ermöglichen. [0076] Eine Linearitätskorrektur des optischen Sensors erfolgt, um etwaige Nichtlinearitäten der Auslese- und Verstärkerschaltungen des optischen Sensors bzw. ein nicht-lineares Verhalten der optischen Sensoren bei langen Belichtungszeiten zu korrigieren. Des Weiteren kann auch der optische Wandler selbst ein nichtlineares Verhalten zeigen, das auf der zeitlich limitierten Regenerationsfähigkeit der Fluoreszenzübergänge basiert und auch als„depletion" bezeichnet wird. Auch dieses Verhalten kann korrigiert werden.

[0077] In einer Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung eine Hilfslichtquelle aufweist, die Licht in einem bekannten Spektrum und bekannter Energie bzw. Leistung abstrahlt. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Hilfslichtquelle derart angeordnet ist, dass sie den optischen Wandler beleuchtet. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Hilfslichtquelle derart angeordnet ist, dass sie direkt bzw. unmittelbar den optischen Sensor beleuchtet.

[0078] In einer Ausführungsform des Sensorsystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung und dem optischen Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung mindestens ein Filter zum Filtern eines Anteils der Strahlung angeordnet ist.

[0079] Auf diese Weise kann ein Anteil der zwischen dem ersten optischen Wandler und dem zweiten optischen Wandler herausgefilterten Strahlung genau eingestellt werden.

[0080] Insbesondere kann bei einer Sensoreinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder bei einer Sensoreinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen sein, dass der Filter und der optische Wandler unmittelbar aneinander angebracht sind. Insbesondere können der Filter und der optische Wandler als eine Einheit aufgebaut sein. [0081] Ein Filter kann bspw. in Form einer absorbierenden Beschichtung, als Folie, oder als Scheibe aus geeignetem Material bereitgestellt werden. Auch eine geeignete Wahl des Materials des optischen Wandlers kann schon einen gewünschten Filtereffekt herbeiführen.

[0082] Mit dem Aufbau der hier vorgeschlagenen Sensoreinrichtung, Sensorsystem und Messsystem ein einfacherer Aufbau und eine preiswertere Realisierung möglich ist, und zudem die Empfindlichkeit gesteigert gegenüber den reinen Röntgende- tektoren gesteigert werden kann, kann beispielsweise in einer Ausführungsform des Sensorsystem oder des Messsystems eine Sensoreinrichtung auch seitlich unter einem Winkel zu einer Durchstrahlungsrichtung eines Strahlungsbündels durch das Messobjekt auf das Messobjekt schauen. So kann diese Sensoreinrichtung nur das Röntgen- Streulicht erfassen und so weitere Merkmale - insbesondere Strukturmerkmale - des Messobjektes erfassen können. Gerade dieser Aufbau in Kombination mit einem optischen Sensor basierend auf der voranstehend erläuterten Lin-Log-CMOS-Technologie kann aufgrund des großen Dynamikbereichs vorteilhaft sein.

[0083] In einer Ausgestaltung des voranstehend genannten Verfahrens zur Bestimmung einer Propagationsrichtung kann vorgesehen sein, dass der erste Ort und der zweite Ort bekannt sind, und in einem weiteren Schritt eine Rückprojektion zumindest des ersten Bildes entlang der bestimmten Propagationsrichtung auf ein Werkstück erfolgt, das von der Strahlung durchdrungen wurde.

[0084] Bei bekannten Orten des ersten optischen Wandlers und des zweiten optischen Wandlers liegen grundsätzlich zwei bekannte Ortsinformationen vor. Aus der Bildkorrelation kann des Weiteren der Versatz die korrelierenden Bildanteile von dem ersten optischen Wandler zu dem zweiten optischen Wandler bestimmt werden. Wie bereits voranstehend ausgeführt wurde, ist auf diese Weise ein dreidimensionaler Propa- gationsvektor der Strahlung bestimmbar. Auf diese Weise wird es besonders geschickt möglich, einen bestimmten Bildpunkt bzw. Pixel eines Bildes auf einen bestimmten Ort bzw. Ortsbereich des Werkstücks in der Durchstrahlungsrichtung zurückzurechnen. Auf diese Weise können bspw. Fehler, bspw. ein unerwünschter Hohlraum in dem Werkstück, nicht nur auf dem Bild erfasst, sondern sogleich die Position des Fehlers bestimmt werden.

[0085] In einer weiteren Ausführungsform des voranstehend genannten Verfahrens zur Bestimmung einer Propagationsrichtung kann in einem weiteren Schritt ein Absorptionskoeffizient oder die optische Dichte (Absorptionsvermögen) des Werkstücks unter Kenntnis einer die Strahlung emittierenden Strahlungsquelle anhand zumindest des ersten Bildes bestimmt werden.

[0086] Mittels der zur Verfügung gestellten Verfahren liegt nicht nur ein Propa- gationsvektor der Strahlung und damit die Möglichkeit einer Rückprojektion vor, sondern auch anhand der Kenntnisse über die optischen Wandler eine Energieinformation über die Strahlung. Unter Kenntnis der Strahlungsquelle, d.h. dem ursprünglichen Energiezustand der Strahlung, kann daher darauf zurückgeschlossen werden, welcher Energieanteil bei der Durchdringung des Werkstücks absorbiert wurde. Es ermöglicht im Endeffekt eine ortsaufgelöste Bestimmung des Absorptionskoeffizienten oder des Absorptionsvermögens des Werkstücks. Auch aus dem Absorptionsvermögen kann dann unter Umständen auf Fehler in dem Werkstück zurückgeschlossen werden. Insbesondere kann bspw. ein sehr kleines Absorptionsvermögen in einer Umgebung von ansonsten sehr hohem Absorptionsvermögen auf einen Hohlraum in dem Werkstück hindeuten.

[0087] In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Verfahren kann vorgesehen sein, dass, um einen spektral und örtlich aufgelösten Absorptionsvermögen eines Werkstücks zu bestimmen, das voranstehend genannte Verfahren zur Bestimmung einer Propagationsrichtung ausgeführt wird und das Verfahren zur Bestimmung einer Energieverteilung innerhalb einer Strahlung ausgeführt wird, wobei der Schritt des Ermitteins des Differenzbildes für jeweils korrelierende Bildanteile des ersten Bildes und des zweiten Bildes durchgeführt wird.

[0088] Die Verknüpfung der beiden vorgeschlagenen Verfahren lässt sich nicht nur in der Rückprojektion bestimmter Bildpunkte auf das Werkstück vornehmen, sondern auch die Energieinformation für bestimmte Spektralbereiche getrennt ermitteln. Insofern lässt sich auch, unter Kenntnis einer entsprechend spektral aufgelösten Information über die Strahlungsquelle, ein entsprechend spektral aufgelöster Absorptionskoeffizient des Werkstücks bestimmen.

[0089] Insofern werden durch die vorliegende Erfindung Vorrichtungen bereitgestellt und Verfahren ermöglicht, die neuartige Auswertungsmöglichkeiten einer Strahlung ermöglichen. Dies wird insbesondere durch eine sog. "mehrschalige Auswertung" der Strahlung möglich, da erfindungsgemäß eine Auswertung der Strahlung in unterschiedlichen Abständen von der Strahlungsquelle bzw. einem von der Strahlung durchdrungenen Werkstück möglich wird.

[0090] Dies ist letztlich durch die Aneinanderreihung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensoreinrichtungen in kaskadierender Weise zur Bildung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems möglich.

[0091] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0092] Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Messsystems,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Sensoreinrichtung,

Fig. 4 eine Ausführungsform eines Sensorsystems, Fig. 5 eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen einer Propaga- tionsrichtung einer Strahlung, und

Fig. 6 ein Verfahren zum Bestimmen einer Energieverteilung einer Strahlung.

[0093] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 10. Die Sensoreinrichtung 10 dient dazu, eine Strahlung 12 zu erfassen. Bei der Strahlung 12 kann es sich grundsätzlich um eine elektromagnetische Strahlung oder aber um eine Partikelstrahlung bzw. Teilchenstrahlung handeln. Insbesondere kann es sich bei der Strahlung 12 um eine Röntgenstrahlung handeln. Im Folgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung an dem Beispiel einer Röntgenstrahlung erläutert.

[0094] Um die Strahlung 12 besser erfassbar zu machen, ist ein optischer Wandler 14 vorgesehen. Der optische Wandler 14 wird durch die Energie der Strahlung 12 dazu angeregt, Licht 16 zu emittieren. Bei dem Licht 16 kann es sich um Licht in einem sichtbaren Wellenlängenbereich handeln. Auch kann es, je nach Wahl des optischen Wandlers 14, jedoch auch vorgesehen sein, dass Licht auf einem ultravioletten oder infraroten Spektrum emittiert wird.

[0095] Bei dem optischen Wandler 14 kann es sich insbesondere um einen Szintillator handeln. Grundsätzlich sind verschiedene Materialien, sowohl organische als auch anorganische Materialien, bekannt, mit denen ein Szintillator bereitgestellt werden kann. Der Szintillator 14 weist in etwa die Form einer Scheibe auf Der optische Wandler 14 weist in dem in Fig. 1 dargestellten Koordinatensystem in einer X- Y-Ebene eine flächige Erstreckung auf, beispielsweise in Form eines Rechtecks. Darüber hinaus weist der optische Wandler 14 eine gewisse Dicke D auf, die sich in Z-Richtung erstreckt. Diese Dicke D erstreckt sich in etwa in derjenigen Richtung, in der die Strahlung 12 den optischen Wandler 14 durchdringt. Die übliche Dicke D für den optischen Wandler 14 liegt bei 0,1 bis 10 mm. Abhängig von dem Material des optischen Wandlers 14 ist sie zum einen nicht zu dünn zu wählen, damit der optische Wandler 14 eine genügende Menge an Photonen in Form des Lichts 16 emittieren kann, auf der anderen Seite ist sie nicht zu dick zu wählen, damit die von dem optischen Wandler 14 in Form des Lichts 16 abgegebene Darstellung scharfe Konturen aufweist.

[0096] Das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht 16 wird dann von einem optischen Sensor 18 erfasst. Der optische Sensor 18 ist derart gewählt, dass er für denjenigen Wellenlängenbereich, in dem das Licht 16 emittiert wird, sensibel ist. Insbesondere kann der optische Sensor 18 dazu in der Lage sein, nach Art eines Photomultipliers die auf den optischen Sensor 18 auftreffende Anzahl der Photonen zu ermitteln.

[0097] Mit diesem grundlegenden Aufbau mittels optischem Wandler 14 und optischem Sensor 18 ist man letztlich dazu in der Lage, mit einem optischen Sensor 18, der für Licht in einem üblichen, zumeist für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenspektrum sensibel ist, eine hochenergetische Strahlung 12, beispielsweise eine Röntgenstrahlung, zu erfassen.

[0098] Um das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht auf den optischen Sensor 18 abzubilden, ist eine Abbildungsoptik 20 vorgesehen. Die Abbildungsoptik 20 ist dazu in der Lage, das Licht 16 auf den optischen Sensor 18 zu fokussieren. Dies wird erfindungsgemäß ohne Zuhilfenahme von lediglich reflektierenden Elementen, wie etwa Planspiegeln, in einem Strahlengang des Lichts 16 zwischen dem optischen Wandler 14 und der Abbildungsoptik 20 ermöglicht. Das Licht 16, das von dem optischen Wandler 14 emittiert wird, fällt somit unmittelbar auf die Abbildungsoptik 20. Die Abbildungsoptik 20 weist mindestens ein optisches Element 22 auf, mit dem dann das Licht 16 auf den optischen Sensor 18 fokussiert wird. In dem in der Fig. 1 dargestellten einfachen Ausführungsbeispiel weist die Abbildungsoptik 20 ein optisches Element 22 auf, das in Form eines refraktiven optischen Elements in Form einer Linse dargestellt ist.

[0099] Diese Darstellung ist jedoch lediglich vereinfacht zu beispielhaften Darstellungszwecken gewählt. Darüber hinaus ist es selbstverständlich möglich, dass die Abbildungsoptik 20 mehr als ein optisches Element 22 aufweist, insbesondere mehr als ein refraktives optisches Element 22. Des Weiteren kann, wie im Folgenden noch erläutert wird, die Abbildungsoptik 20 auch mit mindestens einem optischen Element 22 ausgebildet werden, das ein diffraktives oder ein holografisches optisches Element ist.

[00100] Des Weiteren weist die Sensoreinrichtung 10 eine Abschirmungseinrichtung 24 auf. Die Abschirmungseinrichtung 24 dient dazu, den optischen Sensor 18 vor der Strahlung 12 abzuschirmen. Die Anordnung und Dimensionierung der Abschirmungseinrichtung 24 in der Fig. 1 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Mittels der Abschirmungseinrichtung 24 wird jeglicher schädigender Einfluss der Strahlung 12, insbesondere das Auftreten von Alterungseffekten, auf den optischen Sensor 18 vermieden.

[0100] Bei einer Strahlung 12, die beispielsweise eine Röntgenstrahlung ist, ist davon auszugehen, dass diese sich isotrop im Wesentlichen geradlinig durch jede Art von Materie ausbreitet. Für eine solche Röntgenstrahlung weisen jegliche Materialien im Wesentlichen eine Brechzahl von 1 auf, so dass im Wesentlichen keinerlei Strahlablenkung auftritt. Insofern setzt sich die Strahlung 12 nach einer Transmission durch den optischen Wandler 14 geradlinig fort.

[0101] Daher ist der optische Sensor 18 außerhalb eines Bereichs anzuordnen, in den die Strahlung 12 bei geradliniger Ausbreitung eintreten würde. Nur dort kann der optische Sensor 18 mittels der Abschirmungseinrichtung 24 derart abgeschirmt werden, dass gleichzeitig für den optischen Sensor 18 die Möglichkeit gegeben ist, das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht 16 zu erfassen. Das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht 16 ist im Wesentlichen ein zweidimensionales Bild, das einen Rückschluss auf die räumliche Verteilung und die räumliche Energieverteilung der Strahlung 12 in der X- Y-Ebene zulässt. Entsprechend muss die Abbildungsoptik 20 dazu in der Lage sein, das in einer X- Y-Ebene emittierte Licht 16 scharf auf dem optischen Sensor 18 abzubilden, der im Wesentlichen in einer X-Z-Ebene in der in Fig. 1 gewählten Darstellung angeordnet ist.

[0102] Der optische Sensor 18 weist in der Regel ein zweidimensionales Sensor- array auf. Dieses würde sich in der in der Fig. 1 gewählten Darstellung in der X-Z-Ebene erstrecken und ist als Sensorebene 26 bezeichnet. Entsprechend verläuft eine Bildebene, in die die Abbildungsoptik 20 das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht 16 scharf abbilden muss, parallel zu der Sensorebene 26. Die Bildebene ist mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet. Eine Objektebene 30 der Abbildungsoptik 20 verläuft dann in der in Fig. 1 dargestellten Ansicht in der X- Y-Ebene parallel zu dem optischen Wandler 14 durch diesen hindurch. Abhängig von der Dicke D des optischen Wandlers 14 kann die Objektebene 30 beispielsweise genau durch eine Mitte D/2 des optischen Wandlers 14 verlaufen.

[0103] Die Abbildungsoptik 20 ist nun derart ausgestaltet und angeordnet, dass die Objektebene 30 scharf auf die Bildebene 28 abgebildet wird.

[0104] In einer Ausführungsform, in der das mindestens eine optisches Element 22 ein refraktives optisches Element ist, kann eine scharfe Abbildung der Objektebene 30 auf die Bildebene 28 erfolgen, indem der optische Wandler 14, der optische Sensor 18 und die Abbildungsoptik 20 bzw. in der dargestellten Ansicht das mindestens eine optische Element 22 derart angeordnet werden, dass die Scheimpflugbedingung eingehalten wird. In dem in der Fig. 1 dargestellten vereinfachten Beispiel weist die Abbildungsoptik 20 ein refraktives optisches Element 22 auf. Eine Hauptebene des optischen Elements 22 ist mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet. Die Scheimpflugbedingung wird nur dann exakt eingehalten, wenn sich die Objektebene 30, die Bildebene 28 und die Hauptebene 34 in einer Schnittachse 32 schneiden.

[0105] Auf diese Weise wird es möglich, mittels der Abbildungsoptik 20 die Objektebene 30 scharf auf die Bildebene 28 abzubilden, obwohl diese relativ zueinander geneigt sind. Dies ermöglicht einen vollkommenen Verzicht auf optische Elemente, insbesondere das Licht durch Reflexion umlenkende Spiegel, in einem Strahlengang der Strahlung 12. Ein schematisch mit dem Bezugszeichen 33 gekennzeichneter Bereich "hinter" dem optischen Wandler 14 kann somit frei bleiben. Dies ermöglicht eine weitere Ausbreitung der Strahlung 12 nach einer Transmission durch den optischen Wandler 14, die unbeein- flusst ist bzw. gezielt beeinflusst werden kann. Dies macht eine Erfassung und Auswertung der Strahlung 12 an mehreren Orten und in verschiedenen Entfernungen von einem beispielsweise mittels der Strahlung 12 durchleuchteten Objekt bzw. einer die Strahlung 12 emittierenden Quelle möglich. [0106] Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Messsystems 43, in dem die Sensoreinrichtung 10 zum Einsatz kommen kann.

[0107] In dem Messsystem 43 ist der optische Wandler 14 derart angeordnet, dass dieser im Wesentlichen senkrecht zu einer Einfallsrichtung 36 der Strahlung 12 angeordnet ist. Eine der Strahlung 12 zugewandte Einfalloberfläche 38 des optischen Wandlers 14 steht somit im Wesentlichen senkrecht auf der Einfallsrichtung 36 der Strahlung 12. Die Strahlung 12 wird von einer Strahlungsquelle 40 emittiert. Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle 40 und die Sensoreinrichtung 10 ortsfest angeordnet sind. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle 40 und die Sensoreinrichtung 10 derart bewegbar sind, dass sie sich zwar absolut aber nicht relativ zueinander bewegen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Strahlungsquelle 40 und die Sensoreinrichtung 10 zwar nicht relativ zueinander, aber relativ zu einem Werkstück 42, das mittels des Messsystems 43 vermessen bzw. überprüft werden soll, zu bewegen. Auf diese Weise kann beispielsweise ermöglicht werden, bei großvolumigen Werkstücken 42 Bereiche des Werkstücks 42 nacheinander zu überprüfen.

[0108] Entsprechend ist das Werkstück 42 zwischen der Strahlungsquelle 40 und dem optischen Wandler 14 der Sensoreinrichtung 10 angeordnet. In diesem Bereich kann eine Werkstückaufnahme (nicht dargestellt) angeordnet sein, um das Werkstück 42 beispielsweise aufzuspannen. Eine solche Werkstückaufnahme kann beispielsweise auch derart ausgestaltet sein, dass das Werkstück 42 gedreht bzw. transversal bewegt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Werkstück 42 auf einem Drehtisch angeordnet ist.

[0109] Auf diese Weise wird es möglich, das Werkstück 42 mittels der Strahlung 12 zu überprüfen. Das Werkstück 42 wird von der Strahlung 12 durchdrungen und trifft dann parallel zu der Einfallsrichtung 36 auf den optischen Wandler 14. Das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht 16 wird von der Abbildungsoptik 20 auf dem optischen Sensor 18 abgebildet. Auf diese Weise ist es möglich, eine räumliche Verteilung und Intensität nach der Transmission durch das Werkstück 42 zu erfassen und auszuwerten. Auf diese Weise ist man beispielsweise dazu in der Lage, durch eine reine Sicht- kontrolle nicht feststellbare Hohlräume oder Einschlüsse in einem Material des Werkstücks 42 zu erkennen. Das Erkennen solcher Fehler beruht in der Regel darauf, dass Einschlüsse bzw. Hohlräume eine geringere bzw. andere Absorption der Strahlung 12 bewirken als das sie umgebende Material. Dadurch wird letztlich auch eine in den entsprechenden räumlichen Bereichen unterschiedliche Emission von Licht 16 verursacht. Diese Unregelmäßigkeiten werden dann mittels des optischen Sensors 18 erfasst.

[0110] In der dargestellten Ausführungsform in Fig. 2 ist die Abschirmungseinrichtung 24 derart ausgebildet und angeordnet, dass sie sowohl den optischen Sensor 18 als auch die Abbildungsoptik 20 von der Strahlung 12 abschirmt. Auf diese Weise ist es möglich, auch die Abbildungsoptik 20 vor schädigenden Einflüssen der Strahlung 12 zu schützen.

[0111] Das Messsystem 43 kann darüber hinaus eine Datenverarbeitungseinrichtung 1 14 und eine Benutzer-Schnittstelle 1 16 aufweisen. Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 1 14 können etwa die mittels des optischen Sensors 18 erfassten Messwerte ausgelesen, ausgewertet und ausgegeben werden. Hierzu kann die Benutzer- Schnittstelle 1 16 eine geeignete Anzeigevorrichtung aufweisen. Des Weiteren kann die Benutzer-Schnittstelle 1 16 eine geeignete Eingabeeinheit aufweisen, die es einem Benutzer ermöglicht, das Messsystem 43 zu steuern.

[0112] Auch auf diese Weise wird es so möglich, dass der Raum 33 "hinter" dem optischen Wandler 14, das heißt auf der der Einfallsrichtung 36 der Strahlung 12 abgewandten Seite des optischen Wandlers 14, frei bleibt. Eine Beeinflussung der Strahlung 12 oder des Lichts 16 in dem Raum 33 bleibt somit aus. Eine so in dem Raum 33 unbe- einflusste Strahlung 12 kann auf diese Weise an weiteren Orten bzw. in unterschiedlichen Entfernungen von der Strahlungsquelle 40 bzw. dem Werkstück 42 ausgewertet werden. Dies wird im Folgenden noch detaillierter erläutert.

[0113] In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Sensoreinrichtung dargestellt. [0114] Auch in dieser Ausführungsform ist zunächst die Abschirmungseinrichtung 24 derart ausgebildet und angeordnet, dass sie den optischen Sensor 18 und auch das optisches Element 22, insbesondere das refraktive optisches Element 22, vor einer Beeinflussung durch die Strahlung 12 schützt.

[0115] In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist die Abbildungsoptik 20 über das optisches Element 22 hinaus noch ein weiteres optisches Element 46, 46' auf. Bei dem optischen Element 46, 46' kann es sich beispielsweise um ein diffraktives optisches Element 46 oder um ein holographisches optisches Element 46' handeln.

[0116] Es kann vorgesehen sein, dass das diffraktive optische Element 46 oder das holographische optische Element 46' unmittelbar angrenzend an den optischen Wandler 14 angeordnet ist. Auf diese Weise kann es möglich sein, das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht 16 bereits mittels eines gezielt durch das diffraktive optische Element 46 hervorgerufenen Beugungseffekts bzw. die durch das auf dem holographischen Element 46' abgelegte Interferenz- bzw. Beugungsmuster hervorgerufene Wirkung in Richtung des optischen Sensors 18 abzulenken. Die von den übrigen optischen Elementen der Abbildungsoptik 20 zu bewirkenden Strahlablenkungen können auf diese Weise verringert werden. Grundsätzlich ist es sogar möglich, dass das diffraktive optische Element 46 bzw. das holographische optische Element 46' in Alleinstellung vorgesehen sind und bereits die notwendige Fokussierung der Objektebene 30 auf die Bildebene 28 bewirken. In diesem Fall wird somit die Abbildungsoptik 20 nur aus einem diffraktiven optischen Element 46 oder nur aus einem holographischen optischen Element 46' bereitgestellt.

[0117] Die Bildebene 28 und die Objektebene 30 schließen zwischen sich einen Winkel 44 ein. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel 44 etwa 90°. Grundsätzlich kann jedoch vorgesehen sein, dass der Winkel 44 auch einen anderen Wert annimmt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Winkel 44 mehr als 10°, insbesondere mehr als 20°, insbesondere mehr als 30°, insbesondere mehr als 45° beträgt. Beispielsweise kann durch Wahl des Winkels 44 von etwa 75° die durch die Abbildungsoptik 20 zu bewirkende Brechung des Lichts 16, um dieses scharf von der Objektebene 30 auf die Bildebene 28 abzubilden, verringert werden. Gleichzeitig kann ein derartiger Winkel 44 noch ausreichend sein, um den optischen Sensor 18 mittels der Abschirmungseinrichtung 24 abschirmen zu können. Entsprechend kann ein Winkel 45, der von der Hauptachse 34 der Abbildungsoptik 20 und der Bildebene 28 eingeschlossen wird, entsprechend mit einem anderen Wert gewählt werden. Insbesondere kann der Winkel 45 weniger als 45° betragen, insbesondere weniger als 30°, insbesondere weniger als 15°.

[0118] In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Sensorsystems 51 dargestellt. Das Sensorsystem 51 kann Teil des Messsystems 43 sein.

[0119] Das Sensorsystem 51 weist mehr als eine Sensoreinrichtung 10 auf, wie sie beispielsweise in den Ausführungsformen in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Entsprechend weist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform das Sensorsystem 51 insgesamt drei Sensoreinrichtungen 10, 48 und 50 auf. Die erste Sensoreinrichtung ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet, die zweite Sensoreinrichtung mit dem Bezugszeichen 48 und die dritte Sensoreinrichtung mit dem Bezugszeichen 50.

[0120] Gleiche Elemente der Sensoreinrichtungen 10, 48, 50 sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut erläutert.

[0121] Wie zu erkennen ist, sind die optischen Wandler 14, 14', 14" bezüglich der Haupteinfallsrichtung 36 in einer Kaskade hintereinander angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, die Strahlung 12 in verschiedenen Entfernungen bzw. an verschiedenen Orten relativ zu der Strahlungsquelle 40 bzw. dem Werkstück 42 zu erfassen und auszuwerten. Wie im Folgenden noch detaillierter erläutert werden wird, ermöglicht dies vollkommen neue Möglichkeiten der Auswertung.

[0122] Es kann vorgesehen sein, dass das Sensorsystem 51 mindestens ein Filterelement aufweist, das zwischen zwei optischen Wandlern 14, 14' bzw. 14', 14" angeordnet ist. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist beispielhaft in gestrichelten Linien ein erstes Filterelement 52 zwischen dem optischen Wandler 14 und dem optischen Wandler 14' angeordnet. Ein zweites Filterelement 54 ist beispielhaft zwischen dem optischen Wandler 14' und dem optischen Wandler 14" angeordnet. Die Filterelemente 52, 54 erstrecken sich ebenfalls flächig in der X- Y-Ebene. Die Filterelemente 52, 54 filtern gezielt einen bestimmten Anteil der Strahlung 12. Dabei kann es sich beispielsweise um einen bestimmten Wellenlängenbereich handeln, falls es sich bei der Strahlung 12 um eine elektromagnetische Strahlung, beispielsweise um eine Röntgenstrahlung, handelt.

[0123] Durch die Anregung der Strahlung 12 wird, wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, beispielsweise der optische Wandler 14 zur Emission von Licht angeregt. Dieses in der X- Y-Ebene flächig von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht wird als "erstes Bild" 56 bezeichnet. Es wird über die Abbildungsoptik 20 auf den optischen Sensor 18 abgebildet. Entsprechend wird ein von dem optischen Wandler 14' erzeugtes zweites Bild 58 auf den optischen Sensor 18' abgebildet. Gleichzeitig wird ein von dem optischen Wandler 14" emittiertes drittes Bild 60 auf den optischen Sensor 18" abgebildet. Die optischen Sensoren 18, 18', 18" können allesamt mit der Datenverarbeitungseinrichtung 1 14' (in dieser Figur nicht dargestellt) verbunden sein, so dass die mittels der Bilder 56, 58, 60 übertragenen Informationen ausgelesen und ausgewertet werden können.

[0124] Wie im Folgenden noch erläutert werden wird, ist es durch die Auswertung der in verschiedenen Abständen zum Werkstück 42 erzeugten Bilder 56, 58, 60 der Strahlung 12 möglich, verbesserte Auswertungsmöglichkeiten der Strahlung 12 bereitzustellen. Wie im Folgenden noch detaillierter ausgeführt wird, ist es beispielsweise möglich, mittels eines Bildkorrelationsverfahrens einander entsprechende Bildanteile, beispielsweise einen Bildanteil 62 des ersten Bildes 56, einen Bildanteil 64 des zweiten Bildes und einen Bildanteil 66 des dritten Bildes 60, zu ermitteln. Unter der Annahme, dass sich die Strahlung 12 isotrop ausbreitet, kann somit quasi der "Durchstoßpunkt" der Strahlung 12 durch die Objektebenen 30, 30' und 30" ermittelt werden. Dabei sind der optische Wandler 14 an einem ersten Ort 106, der optische Wandler 14' an einem zweiten Ort 108 und der optische Wandler 14" an einem dritten Ort 1 10 positioniert. Die Orte 106, 108 und 1 10 sind bekannt. Diese werden durch den strukturellen Aufbau des Sensorsystems 51 festgelegt. Insofern ist auch ein Differenzvektor 1 12 zwischen dem ersten Ort 106 und dem zweiten Ort 108 sowie ein Differenzvektor 1 12' zwischen dem zweiten Ort 108 und dem dritten Ort 1 10 bekannt. Die optischen Wandler 14, 14' und 14" sind parallel zueinander ausgerichtet, das heißt die Objektebenen 30, 30' und 30" verlaufen parallel zuein- ander. Somit kann beispielsweise durch eine Bildkorrelation des ersten Bildes 56 und des zweiten Bildes 58 ein Versatz der Strahlung 12 in der X- Y-Ebene von dem ersten Bild 56 zu dem zweiten Bild 58 bestimmt werden. Da darüber hinaus der Differenzvektor 1 12 bekannt ist, ist es auf diese Weise möglich, einen dreidimensionalen Vektor zu ermitteln, der eine Propagationsrichtung 68 der Strahlung 12 angibt.

[0125] Des Weiteren kann dann beispielsweise vorgesehen sein, auch zwischen dem zweiten optischen Wandler 14' und dem dritten optischen Wandler 14" die entsprechenden Bildanteile 64, 66 zu ermitteln und eine Propagationsrichtung der Strahlung 12 zwischen dem optischen Wandler 14' und dem optischen Wandler 14" zu bestimmen. Da die Bildanteile 62, 64, 66 einander entsprechen, kann auf diese Weise beispielsweise eine redundante Bestimmung der Propagationsrichtung 68 erfolgen. Gleichfalls ist es möglich, direkt mit dem ersten Bild 56 und dem dritten Bild 60 zu arbeiten und eine Propagationsrichtung zwischen dem optischen Wandler 14 und dem optischen Wandler 14" zu ermitteln.

[0126] Die Anzahl der einzelnen Sensoreinrichtungen 10, 48, 50 in dem Sensorsystem 51 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Selbstverständlich ist es möglich, dass noch weitere Sensoreinrichtungen in dem Sensorsystem 51 angeordnet sind. Die optischen Wandler 14 können jeweils in der beschriebenen Form kaskadenartig hintereinander bezüglich der Einfallsrichtung 36 der Strahlung 12 angeordnet sein. Insofern können auch genauso zwei, drei, vier, fünf, sechs usw. Sensoreinrichtungen hintereinander angeordnet sein. Ebenso wird es dann möglich, Bildkorrelationen nicht nur zwischen Bildern aneinander angrenzender Sensoreinrichtungen vorzunehmen, sondern beispielsweise auch direkt zwischen einem zweiten Bild 58 und einem fünften Bild (nicht dargestellt) zu korrelieren. Beliebige Kombinationen sind hier möglich.

[0127] Des Weiteren kann mittels des Sensorsystems 51 beispielsweise eine Information über die Energie eines bestimmten Anteils der Strahlung 12 gewonnen werden. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass bekannt ist, aus welchem Material die optischen Wandler 14, 14' und 14" bereitgestellt sind. Aufgrund dessen besteht auch Kenntnis darüber, in welchem Zusammenhang die Emission von Photonen, die mittels des optischen Sensors 18, 18', 18" erfasst werden, mit der von der Strahlung 12 an den entsprechenden optischen Wandler 14, 14', 14" abgegebenen Energie steht. Eine bestimmte Anzahl von mittels beispielsweise des optischen Sensors 18 erfassten Photonen auf einem bestimmten Bildpunkt des ersten Bildes 56 lässt auf die Energie bzw. Bestrahlungsstärke der Strahlung 12 beim Durchtritt durch den optischen Wandler 14 an diesem bestimmten Bildpunkt schließen.

[0128] Bei dem Durchtritt der Strahlung 12 durch den optischen Wandler 14 bzw. den optischen Wandler 14', 14" tritt zwangsläufig eine gewisse Strahlungsaufhärtung auf. Unter "Aufhärtung" ist dabei zu verstehen, dass die "weichen", das heißt langwelligen Strahlungsanteile, aus der Strahlung 12 herausgefiltert werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass dieser Effekt der "Strahlungsaufhärtung" für einen bestimmten optischen Wandler 14 abhängig von seinem bestimmten Material und seiner Dimensionierung, insbesondere seiner Dicke D, bekannt ist.

[0129] Bestimmt man nun beispielsweise die Energie in den Bildern 56 und 58, so ist aus dem ersten Bild 56 nicht nur ersichtlich, wie die Energieverteilung der Strahlung 12 in dem ersten Bild 56 ist, sondern es ist darüber hinaus auch die Energieverteilung innerhalb der Strahlung 12 aus dem Bild 58 ermittelbar, die auf den optischen Wandler 14' trifft. Da in dem optischen Wandler 14 bereits eine Strahlungsaufhärtung bzw. Filterung des Strahlungswerts aufgetreten ist, wird eine entsprechende Auswertung des zweiten Bildes 58 für eine Energieverteilung andere Ergebnisse liefern als die des ersten Bildes 56. Aus diesen Unterschieden in der Energieverteilung in den Bildern 58, 56 und dem Wissen über den bei der Transmission durch den optischen Wandler 14 herausgefilterten Anteil der Strahlung 12 lässt sich somit für genau diesen herausgefilterten Anteil der Strahlung 12 eine Aussage über dessen Energie und Energieverteilung machen.

[0130] Insbesondere wird so die Möglichkeit bereitgestellt, auch gezielt mittels der Filterelemente 52, 54 zwischen zwei optischen Wandlern 14, 14' bzw. 14', 14" bestimmte Anteile der Strahlung 12 herauszufiltern und die Auswirkungen auf die Energieverteilung in den Bildern 58 bzw. 56 zu ermitteln. So kann aufgrund dieser Differenzbetrachtung eine Aussage über Energieverteilungen bestimmter Strahlungsanteile gemacht werden. [0131] Letztlich wird aufgrund der Annahme der isotropen Ausbreitung der Strahlung 12 entlang der Propagationsrichtung 68 ohne Brechungseffekte ermöglicht, einen bestimmten Punkt eines Bildes 56, 58, 60 unter Kenntnis der Propagationsrichtung 68 zurück auf das Werkstück 42 zu projizieren. Somit ist genau ermittelbar, entlang welchem Pfad eine einen Bildanteil, etwa einen Bildanteil 62, 64, 66, erzeugende Strahlung durch das Werkstück 42 genommen hat. Unter Kenntnis der ursprünglich von der Strahlungsquelle 40 emittierten Strahlung 12 und der Energieverteilung in den Bildern 56, 58, 60 kann somit eine Aussage darüber gemacht werden, welche Anteile der Strahlung 12 von dem Werkstück 42 absorbiert wurden. Insbesondere lässt sich auch eine Aussage für bestimmte Strahlungsanteile machen. Insofern wird es beispielsweise möglich, für einen bestimmten Bereich eines Werkstücks 42 gezielt den dortigen Absorptionskoeffizienten des Werkstücks 42 anzugeben.

[0132] In der Fig. 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zur Bestimmung einer Propagationsrichtung 68 einer Strahlung 12 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet.

[0133] Das Verfahren beginnt mit dem Schritt 72. In einem Schritt 74 ist zunächst ein Sensorsystem 51 bereitzustellen, das zumindest zwei Sensoreinrichtungen 10 aufweist. Des Weiteren ist zumindest der Differenzvektor 1 12 zwischen dem ersten Ort 106 des optischen Wandlers 14 der ersten Sensoreinrichtung 10 und dem zweiten Ort 108 des optischen Wandlers 14 der mindestens einen weiteren zweiten Sensoreinrichtung 48 bzw. 50 bekannt.

[0134] In einem Schritt 76 wird dann das erste Bild 56 des optischen Wandlers 14 der ersten Sensoreinrichtung 10 mittels des optischen Sensors 18 der ersten Sensoreinrichtung 10 erfasst.

[0135] In einem Schritt 78 wird das zweite Bild 58 des optischen Wandlers 14' der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung 48, 50 mittels des optischen Sensors 18' bzw. 18" der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung 48, 50 erfasst. [0136] Die Schritte 76 und 78 können grundsätzlich aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schritte 76 und 78 im Wesentlichen zeitgleich oder gleichzeitig ausgeführt werden.

[0137] In einem Schritt 80 wird dann ein Korrelationsergebnis durch Korrelieren des ersten Bildes 56 und des zweiten Bildes 58, 60 ermittelt. Derartige Bildkorrelationsverfahren sind im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden. Diese Bildkorrelationsverfahren ermöglichen, die einander entsprechenden Bildanteile 62, 64, 66 in den Bildern 56, 58, 60 zu ermitteln.

[0138] In einem Schritt 82 wird dann die Propagationsrichtung 68 der Strahlung 12 aus dem zumindest einen Differenzvektor 1 12, 1 12' und dem im Schritt 80 ermittelten Korrelationsergebnis bestimmt.

[0139] Das Verfahren kann dann in dem Schritt 84 enden.

[0140] Darüber hinaus ist es des Weiteren möglich, dass in einem weiteren Schritt 86 unter der Voraussetzung, dass der erste Ort 106 und der zweite Ort 108 bekannt sind, eine Rückprojektion zumindest des ersten Bildes 56 entlang der bestimmten Propagationsrichtung 68 auf das Werkstück 42 erfolgt. Auf diese Weise kann ein Pfad, auf dem die Strahlung 12 durch das Werkstück 42 durchgetreten ist, ermittelt werden.

[0141] Darüber hinaus ist es dann in einem weiteren Schritt 88 möglich, dass ein Absorptionskoeffizient des Werkstücks 42 unter Kenntnis der die Strahlung 12 emittierenden Strahlungsquelle 40 anhand zumindest des ersten Bildes 56 bestimmt wird. Da in dem ersten Bild 56 die Energieverteilung der Strahlung 12 ermittelt werden kann und ferner durch die vorgeschlagene Rückprojektion der Pfad der Strahlung 12 durch das Werkstück 42 ermittelt werden kann, ist es dann möglich, für diesen Durchtrittspfad durch das Werkstück 42 das Absorptionsvermögen unter einer Betrachtung der Energieverteilung in dem ersten Bild 56 verglichen mit den Werten der ursprünglich von der Strahlungsquelle 40 emittierten Strahlung 12 zu ermitteln. [0142] Letztlich kann das Verfahren dann wiederum in einem Schritt 84 enden.

[0143] In der Fig. 6 ist des Weiteren schematisch ein Verfahren dargestellt, mit dem eine Energieverteilung innerhalb der Strahlung 12 bestimmt werden kann.

[0144] Dieses Verfahren beginnt in einem Schritt 92. In einem Schritt 94 wird das Sensorsystem 51 bereitgestellt, wobei das Sensorsystem 51 zumindest zwei Sensoreinrichtungen 10 bzw. 48, 50 aufweist. Ein Anteil der von dem optischen Wandler 14 der ersten Sensoreinrichtung 10 bis zu dem jeweiligen optischen Wandler 14' bzw. 14" der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung 48, 50 herausgefilterten Strahlung ist bekannt. Dabei kann die Strahlung sowohl durch eine zwangsläufig eintretende Strahlungsaufhärtung in einem optischen Wandler 14 bzw. 14' stattgefunden haben. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein zusätzliches Filterelement 52 bzw. 54 vorgesehen ist, mit dem gezielt ein bestimmter Anteil der Strahlung 12 herausgefiltert wird.

[0145] In einem Schritt 96 wird dann das erste Bild 56 des optischen Wandlers 14 der ersten Sensoreinrichtung 10 mittels des optischen Sensors 18 der ersten Sensoreinrichtung 10 erfasst.

[0146] In einem Schritt 98 wird das zweite Bild 58 bzw. 60 des optischen Wandlers 14' bzw. 14" der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung 48, 50 mittels des optischen Sensors 18', 18" der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung 48, 50 erfasst. Unter der "mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung" kann folglich sowohl die zweite Sensoreinrichtung 48 als auch die dritte Sensoreinrichtung 50 verstanden werden. Entsprechend kann unter dem "zweiten Bild" sowohl das zweite Bild 58 als auch das dritte Bild 60 verstanden werden.

[0147] In einem Schritt 100 wird dann aus dem ersten Bild 56 und dem zweiten, insbesondere beispielsweise über eine Korrelation umskalierten, Bild 58 bzw. 60 ein Differenzbild ermittelt. Somit lassen sich Unterschiede in der Energieverteilung zwischen dem ersten Bild 56 und dem zweiten Bild 58, 60 bestimmen. [0148] In einem Schritt 102 ist es somit möglich, Energie des Anteils der von dem optischen Wandler 14 der ersten Sensoreinrichtung 10 bis zu dem optischen Wandler 14" der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung 48, 50 herausgefilterten Strahlung 12 mittels des Differenzbildes zu bestimmen. Dies wird in einem Schritt 102 durchgeführt. Das Verfahren endet dann in einem Schritt 104.

[0149] Durch Kombination der Verfahren 70 und 90 ist es möglich, das sowohl nach Strahlungsanteilen bzw. spektral als auch örtlich aufgelöste Absorptionsvermögen des Werkstücks 42 zu bestimmen. Dabei können das Verfahren 70 und das Verfahren 90 ausgeführt werden, wobei der Schritt 100 des Ermitteins des Referenzbildes für jeweils korrelierende Bildanteile 62, 64, 66 des ersten Bildes 56 und des zweiten Bildes 58 bzw. 60 durchgeführt wird.

Claims

Patentansprüche

Sensoreinrichtung (10) zum Erfassen von Strahlung (12), mit einem optischen Sensor (18) zum Erfassen von Licht (16) in einem ersten Wellenlängenbereich, einem optischen Wandler (14), der abhängig von der auf den optischen Wandler (14) einfallenden Strahlung (12) Licht (16) in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und einer Abbildungsoptik (20) zum Abbilden des von dem optischen Wandler (14) emittierten Lichts (16) auf den optischen Sensor (18), wobei die Abbildungsoptik (20) mindestens ein optisches Element (22, 46) aufweist, und einer Abschirmungseinrichtung (24) zum Abschirmen des optischen Sensors (18) von der Strahlung (12), dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den optischen Wandler (14) verlaufende Objektebene (30) der Abbildungsoptik (20) und eine durch den optischen Sensor (18) verlaufende Bildebene (28) der Abbildungsoptik (20) einander schneiden, und wobei das Licht (16) unmittelbar auf die Abbildungsoptik (20) trifft.

Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (20) derart ausgestaltet ist, dass die Abbildungsoptik (20) die Objektebene (30) scharf auf die Bildebene (28) abbildet.

Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (20) aus dem mindestens einen optischen Element besteht, und wobei jedes optische Element (22, 46) der Abbildungsoptik (20) aus einer Gruppe bestehend aus einem refraktiven optischen Element (22), einem diffraktiven optischen Element (46) und einem holografischen optischen Element (46') ausgewählt ist.

Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den optischen Wandler (14) verlaufende Objektebene (30) der Abbildungsoptik (20) und eine durch den optischen Sensor (18) verlaufende Bildebene (28) der Abbildungsoptik (20) einander schneiden, insbesondere wobei das mindestens eine optische Element (22, 46) ein refraktives optisches Element (22, 46) ist, und wobei der optische Wandler (14), die Abbildungsoptik (20) und der optische Sensor (18) unter Einhaltung der Scheimpflugbedingung relativ zueinander angeordnet sind.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (22, 46) ein diffraktives optisches Element (46) ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (22, 46) ein holografisches optisches Element (46') ist.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine optische Element (22, 46) und der optische Wandler unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.

8. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (10) des Weiteren eine Fassungseinrichtung (47) aufweist, die sowohl den optischen Wandler (14) als auch das mindestens eine optische Element (22, 46) trägt.

9. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik (20) mehr als ein optisches Element (22, 46) aufweist, wobei die Abbildungsoptik (20) ein erstes optisches Element (46, 46') aufweist, das ein diffraktives optisches Element (46) oder ein holografisches optisches Element (46') ist, und mindestens ein zweites optisches Element (22) aufweist, und wobei das erste optische Element (46, 46') unmittelbar angrenzend an den optischen Wandler (14) angeordnet ist.

10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den optischen Wandler (14) verlaufende, das Licht (16) emittierende Objektebene (30) der Abbildungsoptik (20) und eine durch den optischen Sensor (18) verlaufende Bildebene (28) der Abbildungsoptik (20) einander unter einem Winkel (44) von mehr als 10° schneiden.

1 1 . Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wandler (14) ein Szintillator ist.

12. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (18) eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera ist.

13. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (12) eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Röntgenstrahlung oder eine Gamma-Strahlung, oder eine Partikelstrahlung ist.

14. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung (24), die Abbildungsoptik (20) und der optische Sensor (18) derart angeordnet sind, dass die Abschirmungseinrichtung (24) sowohl den optischen Sensor (18) als auch die Abbildungsoptik (20) abschirmt.

15. Sensorsystem (51 ) zum Erfassen von Strahlung (12), gekennzeichnet durch eine erste Sensoreinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und mindestens eine zweite Sensoreinrichtung (48, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der optische Wandler (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) und der optische Wandler (14', 14") der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) bezüglich einer Einfallsrichtung (36) der Strahlung (12) hintereinander angeordnet sind.

16. Sensorsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem optischen Wandler (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) und dem optischen Wandler (14) der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) mindestens ein Filter (52, 54) zum Filtern eines Anteils der Strahlung (12) angeordnet ist.

17. Messsystem (43) zum Prüfen eines Werkstücks (42), mit einer Strahlungsquelle (40), die eine Strahlung (12) emittiert, und mit einer Sensoreinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder ein Sensorsystem (51 ) nach Anspruch 15 oder 16 zum Erfassen der Strahlung (12).