WO2014000811A1 - Method for measuring the propagation direction of a beam and method for measuring the energy distribution in a beam - Google Patents

Method for measuring the propagation direction of a beam and method for measuring the energy distribution in a beam Download PDF

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Thomas Engel
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a propagation direction of a radiation, comprising the step of providing a sensor system with a first sensor device, wherein the first sensor device comprises a first optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical transducer which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the optical transducer and at least one second sensor means, the second sensor means comprising a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and a second optical sensor Transducer has, depending on the incident on the second optical converter radiation light in the second Emitted wavelength range, wherein the first optical transducer of the first sensor device and the second optical converter of the at least one second sensor device with respect to an incident direction of the radiation are arranged one behind the other,
  • the present invention relates to a method for determining an energy distribution within a radiation, comprising the step of providing a sensor system with a first sensor device, wherein the first sensor device comprises a first optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical converter which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the first optical transducer, and at least one second sensor device, wherein the second sensor means comprises a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and second optical converter which emits light in the second wavelength range as a function of the radiation incident on the second optical converter, wherein the optical converter of the first sensor device and the optical converter of the at least one zw Siten sensor device with respect to an incident direction of the radiation are arranged one behind the other.
  • Measuring systems that use X-radiation, ⁇ -radiation or particle radiation to inspect an object are well known in the art.
  • applications in microscopes or for checking workpieces are also known.
  • measurement systems operating in X-ray quality used in quality assurance make it possible to examine a manufactured workpiece according to material defects which can not be detected by a visual inspection.
  • An example of such measuring devices is the applicant's series marketed under the name "Metrotom®".
  • a scintillator usual, ie for sensitive light in a visible spectral range of 380 nm to 780 nm, optical sensors to make usable.
  • the scintillator can emit light in a visible spectral range or in the ultraviolet or infrared spectral range depending on the radiation irradiated thereon, which then from an optical sensor, eg a PMT (photomultiplier), a photodiode, an avalanche diode or a CCD or CMOS camera can be detected.
  • an optical sensor eg a PMT (photomultiplier), a photodiode, an avalanche diode or a CCD or CMOS camera can be detected.
  • Such optical sensors are widely used and relatively cheap.
  • a problem in this case is that such optical sensors, if they are exposed to high-energy radiation, for example, .gamma. Radiation or X-radiation, are exposed to strong aging effects. The lifetime of the sensors is then very low.
  • document US 2006/0192129 A1 shows a microscope operating with X-ray radiation.
  • the CCD camera is inevitably exposed by the X-ray strong aging effects.
  • high energy radiation such as ⁇ -radiation and very short wavelength X-ray, has a refractive index of about 1 in almost all materials.
  • a linear structure proposed in this publication inevitably leads to the CCD camera being constantly exposed to X-rays.
  • a method for determining a propagation direction of a radiation is proposed with the following steps:
  • the second sensor device has a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and a second optical transducer which emits light in the second wavelength range depending on the radiation incident on the second optical transducer, wherein the first optical transducer of the at least one difference vector between a first location of the optical transducer of the first sensor device and a second location of the optical converter of the at least one second sensor device is known, the first sensor device and the second optical converter of the at least one second sensor device being arranged with respect to an incident direction of the radiation
  • a method of determining an energy distribution within a radiation comprising the steps of:
  • Providing a sensor system having a first sensor device wherein the first sensor device has an optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical converter which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the first optical converter, and at least one second sensor device, wherein the second sensor device has a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and a second optical converter which emits light in the second wavelength range depending on the radiation incident on the second optical converter, wherein the first optical converters of the first sensor device and the second optical converter of the at least one second sensor device with respect to an incident direction of the radiation are arranged one behind the other, wherein a portion of the first optical converter of the first Sensor device is known up to the respective optical converter of the at least one second sensor device filtered out radiation, Detecting a first image of the first optical transducer of the first sensor device by means of the first optical sensor of the first sensor device,
  • the images detected by the respective optical sensors can be used to infer the energy emitted by the optical transducer in the form of light and, moreover, to that incident on the optical transducer Energy of radiation can be drawn. Due to the planar extension of the optical transducer even two-dimensionally spatially resolved.
  • scaling would be the simplest case - as the radiation from the X-ray source propagates in a straight line - to assume a steady widening of the beam from the source to the transducer in the detector.
  • the images scale like the distances of the transducer from the radiation source or X-ray source.
  • the cascading i. arranging a plurality of optical transducers of the sensor devices in succession in an incident direction of the radiation, it is thus possible to successively filter certain areas of the radiation and to determine the energy fractions attributable to them.
  • the term "radiation” is understood in the present case any type of electromagnetic radiation or particle radiation.
  • the “radiation” is X-radiation or ⁇ -radiation.
  • X-radiation can be understood to mean electromagnetic radiation in a wavelength range from about 10 pm to about 50 nm.
  • electromagnetic waves can be understood in a wavelength range of less than 10 pm.
  • the particle beams may be ⁇ radiation, ⁇ radiation or neutron radiation.
  • the “radiation” can also be radiation in the ultraviolet range, for example in a range from 50 nm to about 200 nm. The “radiation” is thus high-energy radiation.
  • optical converter is understood to mean a component which, when irradiated by “radiation”, emits electromagnetic radiation in a certain wavelength range, in particular of light in a wavelength range from about 380 nm to about 780 nm, is excited.
  • An example of such an optical converter is a scintillator.
  • the first wavelength range of the first optical converter and the second wavelength range of the second optical converter are identical.
  • light electromagnetic radiation in a wavelength range visible to humans from about 380 nm to about 780 nm.
  • the optical transducer emits electromagnetic radiation in the ultraviolet range from about 200 nm to about 380 nm or emits in a near infrared range from 780 nm to about 2500 nm.
  • the wavelength range in which the optical transducer emits the light is the "first wavelength range", the optical sensor is sensitive to this first wavelength range and can thus detect the light emitted by the optical transducer.
  • imaging optics is meant at least one optical element which images the light emitted by the optical transducer onto the optical sensor.
  • the imaging optics thus has a focusing effect.
  • a plane mirror which has no focusing effect is thus not the first optical element to which the light emitted by the optical converter hits.
  • at least one reflecting mirror may be provided in principle, for example, in order to fold the beam path and / or keep it compact. However, this is not involved in an imaging property of the imaging optics.
  • the imaging optics By “directly” applying to the imaging optics, it is understood in the present case that the light emitted by the optical converter directly hits the imaging optics without influencing by further optical elements.
  • no further elements for influencing the beam path are provided between the imaging optics and the optical converter in the beam path of the light.
  • no plane mirrors are provided for the reflection of the light.
  • the "direction of incidence” is understood to mean the main direction in which the radiation is incident on the optical transducer of the first sensor device and the optical transducer of the second sensor device.
  • an optical transducer will have a substantially disc-like geometry.
  • the optical transducer has a relatively large front and rear surface and, moreover, a relatively small thickness with respect to the dimensions of the surface of the front and rear surfaces.
  • the "direction of incidence" is then perpendicular to the front and back surfaces of the optical transducer.
  • the first location and the second location are known, and in a further step, a rear projection of at least the first image along the particular propagation direction is carried out on a workpiece, the was penetrated by the radiation.
  • known locations of the first optical converter and the second optical converter are basically two known location information. From the image correlation, furthermore, the offset of the correlated image components from the first optical converter to the second optical converter can be determined. As already stated above, in this way a three-dimensional propagation vector of the radiation can be determined. In this way, it is particularly possible to recalculate a specific pixel or pixel of an image to a specific location or area of the workpiece in the direction of transmission. In this way, for example, errors, for example. An undesirable cavity in the workpiece, not only captured in the image, but immediately the position of the error are determined.
  • an absorption coefficient or the optical density (absorbance) of the workpiece with knowledge of a radiation source emitting radiation can be determined based on at least the first image.
  • the method in order to determine a spectrally and locally resolved absorption capacity of a workpiece, the method is carried out according to the fourth aspect of the invention and the method is carried out according to the fifth aspect of the invention wherein the step of determining the difference image is performed for respective correlated image portions of the first image and the second image.
  • the combination of the two proposed methods can be made not only in the back projection of certain pixels on the workpiece, but also determine the energy information separately for certain spectral ranges. In this respect, it is also possible, with knowledge of a correspondingly spectrally resolved information about determine the radiation source, a corresponding spectrally resolved absorption coefficient of the workpiece.
  • devices and methods are provided by the present invention, which allow novel evaluation options of radiation.
  • This is possible in particular by a so-called “multi-shell evaluation" of the radiation, since according to the invention an evaluation of the radiation at different distances from the radiation source or a workpiece penetrated by the radiation is possible.
  • the specified method it is possible in the specified method to then apply an evaluation analogous to the evaluation of layer images from a data set of a measurement in the different image planes. For example, it is possible to determine a propagation direction due to the rectilinear propagation of the radiation, in particular the X-ray radiation, for example using algorithms of the so-called "Phase Retrieval" method. In the present case, the desired information would have to be obtained from the propagation of the radiation in the extrafocal region-that is, at divergent diverging beams - to be determined.
  • the individual sensor devices can be calibrated to each other in their sensitivity. This can be done by, for example, taking images without a measurement object and, due to the geometrical conditions, ie essentially the distance between the optical transducers and the beam divergence of the x-ray beam then a correction factor for the entire image or - to compensate for errors of the camera - pixel-wise irradiates , About the projection of geometric structures by means of X-rays or optical radiation (short-wave light that possibly responds to the fluorescence with or even directly this excitation light itself from the camera system of the respective sensor devices is recorded) then geometric distortions of the individual sensor directions can be added to each other.
  • the traversing axes of the measuring system can then be measured, for example, in a translation parallel to the plane of the optical transducers at different geometrical distances the same object, so as to determine the beam divergence directly.
  • the rotation axis required anyway for a tomography or also an optionally available stroke axis can be used.
  • the changes to the calibration can also be made manually, but it is also a fully automatic calibration conceivable.
  • an object plane extending through the optical converter is at an angle to one another on the image plane extending through the optical sensor or parallel to the sensor elements of the optical sensor.
  • the object plane and the image plane intersect.
  • the optical sensor can thus be arranged behind the shielding device in a secured area.
  • the imaging optics is accordingly designed such that, although the image plane and the object plane are not parallel to one another, a sharp imaging of the object plane on the image plane takes place. This makes it possible in particular to dispense with reflecting mirrors within the beam path of the radiation.
  • the area which has become free due to the omission of any reflecting mirrors makes possible an uninfluenced further propagation of the radiation, in particular of X-ray radiation.
  • the only influence on the radiation thus occurs in the transmission of the optical converter.
  • the design of the optical converter can be carried out with knowledge of the th materials are made such that the influence of the radiation by the optical converter is known.
  • a radiation hardening caused by the optical transducer ie filtering soft or long-wave radiation components, may be known in advance. In this way one is able to know the properties of the radiation after penetration of the optical transducer of the sensor device. Since there is no further influencing of the radiation in the free space behind the optical converter, it is possible to determine additional information about this radiation at a further location once it has penetrated the optical converter of the sensor device. This enables new methods of detection and evaluation of the radiation.
  • a measuring system for testing a workpiece which has a radiation source emitting radiation, in particular wherein the radiation penetrates the workpiece, and further comprising a sensor system with at least two sensor devices.
  • the imaging optics is configured such that the imaging optics sharply images the object plane to the image plane.
  • the radiation can be detected with high accuracy.
  • the sharp imaging of the light emitted by the optical transducer onto the image plane or the sensor plane of the optical sensor allows the best evaluation of the light emitted by the optical transducer.
  • the imaging optics consists of the at least one optical element, and wherein each optical element of the imaging optics from a group consisting of a refractive optical element, a diffractive optical element and a holographic optical element is selected.
  • each optical element of the imaging optics from a group consisting of a refractive optical element, a diffractive optical element and a holographic optical element is selected.
  • the sensor device can be provided that an extending through the optical converter, in particular the light emitting object plane of the imaging optics and extending through the optical sensor image plane of the imaging optics intersect, in particular wherein the at least one optical element is a refractive is optical element or diffractive optical element or holographic optical element, and wherein the optical transducer, the imaging optics and the optical sensor are arranged in compliance with the Scheimpflug- condition relative to each other.
  • the optical sensor in a safe area behind the shield in front of the radiation, in particular the X-ray radiation.
  • the image plane extending through the sensor surface of the optical sensor and an object plane of the imaging optical system passing through the optical converter intersect in a cutting axis.
  • the imaging optics is now to be arranged in this embodiment so that the Scheimpflug condition is met.
  • the sharp imaging of the object plane on the image plane can be ensured.
  • the Scheimpflug condition or the Scheimpflug rule states that, for a sharp optical image, the image plane, the focal plane or object plane and the objective plane must intersect in a common straight line.
  • the lens plane is the main plane of the lens. In the present case, therefore, the main plane of the imaging optics. In the construction of the imaging optics from only a single refractive optical element, the main plane of the optical element is at the same time the main plane of the imaging optics or of the objective. In a construction of the imaging optics of a plurality of optical elements, the imaging optics or the lens will have, for example, two main planes, an object-side main plane and an image-side main plane.
  • the Scheimpflug condition is then exactly that the focal plane or object plane with the object-side main plane at the same distance from the optical axis of the lens intersects as the image plane with the image-side main plane of the lens or the imaging optics, wherein both intersecting lines are parallel to each other. Both degrees of cutting are also located on the same side of the optical axis of the imaging optics. The intersection line could also coincide, which means that the individual elements in the imaging optics are also tilted towards each other.
  • an imaging optics can thus be designed for the average person skilled in the art, which images the light emitted by the optical converter sharply onto the optical sensor.
  • the entire area of the optical transducer, i. the object plane sharply imaged on the image plane.
  • imaging optics eliminates any need to reflect mirrors, etc. in a beam path of the radiation, in particular the X-rays, to arrange to redirect the light suitable for the optical sensor.
  • a suitable imaging optics can be provided.
  • the at least one optical element is a diffractive optical element. In yet another embodiment it can be provided that the at least one optical element is a holographic optical element.
  • the object can be solved to focus the light on the optical sensor or the image plane.
  • a diffractive optical element or a holographic optical element generally has a lower weight and smaller dimensions than, for example, an imaging optic formed from refractive optical elements.
  • the at least one optical element and the optical transducer are arranged directly adjacent to each other.
  • the optical converter and the optical element have no air gap between them.
  • the sensor device further comprises a socket device, which carries both the optical transducer and the at least one optical element.
  • the optical converter and the at least one optical element are thus held together in a housing part or a housing section which forms the mounting device.
  • a design of a diffractive optical element or a holographic optical element can be simplified again by fixing the relative positioning of the diffractive optical element or the holographic optical element and the optical transducer by means of the socket device.
  • the at least one diffractive optical element or the at least one holographic optical element is integrated into the optical converter.
  • integrated is meant a one-piece, non-destructive separable connection.
  • the imaging optics has more than one optical element, wherein the imaging optics has a first optical element, which is a diffractive optical element or a holographic optical element, and at least one second optical element and wherein the first optical element is disposed immediately adjacent to the optical transducer.
  • a combination of a refractive optical element with a diffractive or holographic optical element is conceivable.
  • a design of the diffractive optical element or of a holographic optical element may possibly be simplified, since a deflection to be effected by the diffractive optical element or the holographic optical element can be kept smaller and is additionally assisted by the refractive optical element.
  • the at least one second optical element can furthermore be formed from a plurality of refractive optical elements as refractive optics, which is part of the imaging optics.
  • the above-mentioned Scheimpflug condition is maintained such that it, in particular only, for the refractive optical elements formed refractive part of the optics with his or her main axes, the image plane in the optical sensor and an object plane is complied with.
  • the object plane in this case run through the diffractive or holographic optical element or, as usual, through the optical converter.
  • the sensor device can be provided that an extending through the optical converter, the light-emitting object plane of the imaging optics and extending through the optical sensor image plane of the imaging optics at an angle of more than 10 °, but in particular less cut as 60 °.
  • the angle may be greater than 20 °, in particular greater than 30 °, in particular greater than 45 °.
  • a suitable large tilt between the object plane and the image plane or the optical transducer and the optical sensor is made, which allows to arrange the optical sensor in a safe area behind the shielding device.
  • a geometric distortion in particular a keystone distortion, is kept low.
  • the optical transducer is a scintillator.
  • a scintillator is a body that is excited by the passage of high-energy photons or high-energy radiation or charged particles or particle radiation and the excitation energy in the form of light, usually in the visible spectral range, but also, for example, in the ultraviolet range, gives up again.
  • the emitted light can then be deflected by the imaging optics and detected by the optical sensor.
  • By measuring the amount of light e.g. By means of a photomultiplier or a photodiode, it is possible to deduce directly the energy emitted by the radiation to the scintillator.
  • the optical sensor is a CCD (charge-coupled device) camera or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) camera.
  • the optical sensor can also be any type of photomultiplier, photodiode, avalanche diode or multiple numbers or a two-dimensional array structure thereof.
  • it may be provided to use so-called Lin-Log CMOS sensors. These have a linear response in a first region and a logarithmic response in a second region.
  • a linear response may be implemented for low illuminance and a logarithm response for high illuminance. In this way, the sensitivity of the entire device and the resolution of energy differences can be increased.
  • the radiation is an electromagnetic radiation, in particular an X-ray radiation or a ⁇ -radiation, or a particle radiation.
  • the shielding device, the imaging optics and the optical sensor are arranged such that the shielding device shields both the optical sensor and the imaging optics.
  • the shielding device can also serve as a carrier device for elements of the sensor device.
  • the imaging optics can be arranged in a safe area by not directly exposed to the radiation.
  • a structure to be applied to the optical signal converter, which enables scaling and / or distortion correction of the image onto the optical sensor.
  • the structure may be a uniform grid.
  • the structure may also be exposed to the optical transducer.
  • a surface of the optical transducer is roughened to make the structure visible in the image detected by the optical sensor.
  • this surface can be one of the surfaces facing the optical sensor or one of the surfaces of the optical converter incident on the optical transducer.
  • the optical transducer may be e.g. be formed by a face plate.
  • Such a face plate is easy to replace by a customer or user.
  • An optical transducer would then represent a wearing part, that can be exchanged easily and inexpensively. In particular, no special service personnel with specialist knowledge are required for this exchange.
  • the optical converter In order to be able to produce sharp images on the image plane of the optical sensor, the optical converter should have a not too large thickness.
  • thickness is meant a longitudinal extent of the optical transducer in the direction of the incident radiation.
  • the optical converter may not be too thin to generate sufficiently many photons per radiating energy.
  • the optical transducer may have a thickness in a range of about 0.1 mm to about 10 mm.
  • a carrier surface or substrate is provided for supporting the optical converter.
  • a material of this carrier should have a small effective mass number, e.g. be made of a lightweight construction material or porous material, such as, for example, from magnesium.
  • structures can be introduced into the support, which allow a thickness calibration of the dose for linearity correction of the optical sensor.
  • a linearity correction of the optical sensor is performed in order to correct any nonlinearities of the readout and amplifier circuits of the optical sensor or a non-linear behavior of the optical sensors at long exposure times.
  • the optical transducer itself can exhibit nonlinear behavior based on the time-limited regeneration capability of the fluorescence transitions, also referred to as "depletion.” This behavior can also be corrected.
  • the sensor device comprises an auxiliary light source that emits light in a known spectrum and known energy or power.
  • the auxiliary light source is arranged such that it covers the optical Transducer illuminated.
  • the auxiliary light source is arranged such that it directly or directly illuminates the optical sensor.
  • At least one filter for filtering a portion of the radiation is arranged between the optical transducer of the first sensor device and the optical transducer of the at least one second sensor device.
  • the filter and the optical converter are attached directly to one another.
  • the filter and the optical converter may be constructed as one unit.
  • a filter can be provided, for example, in the form of an absorbent coating, as a film, or as a disk of suitable material. Even a suitable choice of the material of the optical transducer can already bring about a desired filter effect.
  • 1 shows an embodiment of a sensor device
  • 2 shows an embodiment of a measuring system
  • Fig. 5 shows an embodiment of a method according to the invention for
  • Fig. 6 shows an embodiment of a method according to the invention
  • the sensor device 10 serves to detect a radiation 12.
  • the radiation 12 may in principle be electromagnetic radiation or else particle radiation or particle radiation.
  • the radiation 12 may be X-radiation.
  • the embodiments of the invention will be explained using the example of X-ray radiation.
  • an optical converter 14 is provided.
  • the optical transducer 14 is excited by the energy of the radiation 12 to emit light 16.
  • the light 16 may be light in a visible wavelength range. However, it may also be provided, depending on the choice of the optical transducer 14, that light is emitted on an ultraviolet or infrared spectrum.
  • the optical transducer 14 may be a scintillator.
  • various materials both organic and inorganic materials, are known, with which a scintillator can be provided.
  • the scintillator 14 has approximately the shape of a disk.
  • the optical transducer 14 has an areal extent in an XY plane, for example in the form of a rectangle.
  • points the optical transducer 14 has a certain thickness D extending in the Z direction. This thickness D extends approximately in the direction in which the radiation 12 penetrates the optical transducer 14.
  • the usual thickness D for the optical transducer 14 is 0.1 to 10 mm.
  • the optical transducer 14 depending on the material of the optical transducer 14, it is not too thin to be chosen so that the optical transducer 14 can emit a sufficient amount of photons in the form of the light 16; on the other hand, it should not be too thick to allow the optical transducer 14 to emit has sharp contours emitted by the optical transducer 14 in the form of light 16 representation.
  • the light 16 emitted by the optical converter 14 is then detected by an optical sensor 18.
  • the optical sensor 18 is chosen such that it is sensitive to the wavelength range in which the light 16 is emitted.
  • the optical sensor 18 may be capable of detecting, in the manner of a photomultiplier, the number of photons impinging on the optical sensor 18.
  • optical transducer 14 and optical sensor 18 are ultimately able to with an optical sensor 18, which is sensitive to light in a conventional, usually visible to the human eye wavelength spectrum, a high-energy radiation 12th , For example, to detect an X-ray radiation.
  • an imaging optical system 20 is provided.
  • the imaging optics 20 are capable of focusing the light 16 onto the optical sensor 18. This is made possible without the aid of merely reflective elements, such as plane mirrors, in a beam path of the light 16 between the optical converter 14 and the imaging optics 20.
  • the light 16, which is emitted by the optical converter 14, thus falls directly onto the imaging optics 20.
  • the imaging optics 20 has at least one optical element 22, with which the light 16 is then focused onto the optical sensor 18.
  • the imaging optical unit 20 has an optical element 22, which is shown in the form of a lens in the form of a refractive optical element. However, this representation is chosen merely for illustrative purposes.
  • the imaging optics 20 has more than one optical element 22, in particular more than one refractive optical element 22.
  • the imaging optics 20 can also be formed with at least one optical element 22 , which is a diffractive or a holographic optical element.
  • the sensor device 10 has a shielding device 24.
  • the shielding device 24 serves to shield the optical sensor 18 from the radiation 12.
  • the arrangement and dimensioning of the shielding device 24 in FIG. 1 is merely an example.
  • the optical sensor 18 is to be located outside a region where the radiation 12 would enter when propagated rectilinearly. Only there can the optical sensor 18 be shielded by means of the shielding device 24 in such a way that at the same time the optical sensor 18 has the possibility of detecting the light 16 emitted by the optical converter 14.
  • the light 16 emitted by the optical converter 14 is essentially a two-dimensional image that allows a conclusion about the spatial distribution and the spatial energy distribution of the radiation 12 in the XY plane. Accordingly, the imaging optics 20 must be able to image the light 16 emitted in an XY plane sharply on the optical sensor 18, which is arranged substantially in an XZ plane in the representation selected in FIG.
  • the optical sensor 18 has a two-dimensional sensor array. This would extend in the representation selected in FIG. 1 in the XZ plane and is referred to as sensor plane 26. Accordingly, an image plane into which the imaging optics 20 must sharply image the light 16 emitted by the optical converter 14 extends parallel to the sensor plane 26. The image plane is identified by the reference numeral 28. An object plane 30 of the imaging optics 20 then extends in the view shown in Fig. 1 in the X-Y plane parallel to the optical transducer 14 therethrough. Depending on the thickness D of the optical transducer 14, the object plane 30 may extend, for example, exactly through a center D / 2 of the optical transducer 14.
  • the imaging optics 20 is now configured and arranged such that the object plane 30 is imaged sharply onto the image plane 28.
  • the at least one optical element 22 is a refractive optical element
  • a sharp image of the object plane 30 can be made on the image plane 28 by the optical transducer 14, the optical sensor 18 and the imaging optics 20 and in the illustrated view, the at least one optical element 22 are arranged such that the Scheimpflug condition is met.
  • the imaging optical unit 20 has a refractive optical element 22.
  • a main plane of the optical element 22 is designated by the reference numeral 34.
  • the Scheimpflug condition is only met exactly when the object plane 30, the image plane 28 and the main plane 34 intersect in a section axis 32.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a measuring system 43 in which the sensor device 10 can be used.
  • the optical transducer 14 is arranged such that it is arranged substantially perpendicular to an incident direction 36 of the radiation 12.
  • One of the radiation 12 facing incident surface 38 of the optical transducer 14 is thus substantially perpendicular to the direction of incidence 36 of the radiation 12.
  • the radiation 12 is emitted by a radiation source 40.
  • the radiation source 40 and the sensor device 10 are arranged in a stationary manner.
  • the radiation source 40 and the sensor device 10 are movable in such a way that they move absolutely but not relative to one another.
  • the workpiece 42 is disposed between the radiation source 40 and the optical transducer 14 of the sensor device 10.
  • a workpiece holder (not shown) may be arranged to clamp the workpiece 42, for example.
  • Such a workpiece holder can for example also be designed such that the workpiece 42 can be rotated or moved transversely.
  • the workpiece 42 is arranged on a turntable.
  • the shielding device 24 is designed and arranged such that it shields both the optical sensor 18 and the imaging optics 20 from the radiation 12. In this way it is possible to protect the imaging optics 20 from damaging influences of the radiation 12.
  • the measuring system 43 can furthermore have a data processing device 14 and a user interface 16.
  • the data processing device 1 14 for example, the measured values detected by means of the optical sensor 18 can be read out, evaluated and output.
  • the user interface 1 16 may have a suitable display device.
  • the user interface 16 may include a suitable input unit that allows a user to control the measurement system 43.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a sensor device.
  • the shielding device 24 is initially designed and arranged such that it protects the optical sensor 18 and also the optical element 22, in particular the refractive optical element 22, from being influenced by the radiation 12.
  • the imaging optics 20 also have a further optical element 46, 46 'beyond the optical element 22.
  • the optical element 46, 46 ' may, for example, be a diffractive optical element 46 or a holographic optical element 46'.
  • the diffractive optical element 46 or the holographic optical element 46 ' is arranged directly adjacent to the optical transducer 14. In this way it may be possible for the light 16 emitted by the optical converter 14 to already have an effect in the direction caused by a diffraction effect deliberately caused by the diffractive optical element 46 or by the interference or diffraction pattern deposited on the holographic element 46 ' of the optical sensor 18 to deflect. The beam deflections to be effected by the other optical elements of the imaging optics 20 can be reduced in this way. In principle, it is even possible that the diffractive optical element 46 or the holographic optical element 46 'are provided in isolation and already effect the necessary focusing of the object plane 30 on the image plane 28. In this case, the imaging optics 20 are thus provided only from a diffractive optical element 46 or only from a holographic optical element 46 '.
  • the image plane 28 and the object plane 30 enclose an angle 44 between them.
  • the angle 44 is about 90 °.
  • the angle 44 also assumes a different value.
  • the angle 44 is more than 10 °, in particular more than 20 °, in particular more than 30 °, in particular more than 45 °.
  • the angle 44 may still be sufficient to be able to shield the optical sensor 18 by means of the shielding device 24.
  • an angle 45 included by the major axis 34 of the imaging optics 20 and the image plane 28 may be selected correspondingly with a different value.
  • the angle 45 may be less than 45 °, in particular less than 30 °, in particular less than 15 °.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a sensor system 51.
  • the sensor system 51 may be part of the measuring system 43.
  • the sensor system 51 has more than one sensor device 10, as shown for example in the embodiments in FIGS. 1 and 3. Accordingly, in the embodiment illustrated in FIG. 1, the sensor system 51 has a total of three sensor devices 10, 48 and 50.
  • the first sensor device is identified by the reference numeral 10, the second sensor device by the reference numeral 48 and the third sensor device by the reference numeral 50.
  • the optical transducers 14, 14 ', 14 " are arranged in a cascade one behind the other with respect to the main incident direction 36. In this way, it becomes possible to transmit the radiation 12 at different distances or at different locations Radiation source 40 and the workpiece 42. As will be explained in more detail below, this allows completely new possibilities of evaluation.
  • the sensor system 51 has at least one filter element which is arranged between two optical transducers 14, 14 'or 14', 14 ".
  • the first filter element 52 is disposed between the optical transducer 14 and the optical transducer 14 'A second filter element 54 is exemplarily disposed between the optical transducer 14' and the optical transducer 14 ''.
  • the filter elements 52, 54 also extend flat in the XY plane.
  • the filter elements 52, 54 selectively filter a certain portion of the radiation 12. This may, for example, be a specific wavelength range, if the radiation 12 is an electromagnetic radiation, for example an X-radiation.
  • the optical transducer 14 is excited to emit light.
  • This light emitted in the XY plane by the optical transducer 14 is referred to as the "first image" 56. It is imaged on the optical sensor 18 via the imaging optics 20. Accordingly, a second image 58 generated by the optical transducer 14 'is imaged onto the optical sensor 18'. At the same time, a third image 60 "emitted by the optical transducer 14" is imaged onto the optical sensor 18 ".
  • the evaluation of the images 56, 58, 60 of the radiation 12 generated at different distances from the workpiece 42 makes it possible to provide improved evaluation options for the radiation 12.
  • the "piercing point" of the radiation 12 can thus be determined, so to speak, through the object planes 30, 30 'and 30 ", the optical converter 14 at a first location 106 being the optical converter 14 'at a second location 108 and the optical transducer 14 "is positioned at a third location 110.
  • the locations 106, 108 and 110 are known, which are determined by the structural design of the sensor system 51.
  • a difference vector 112 is also between the first location 106 and the second Location 108 and a difference vector 1 12 'between the second location 108 and the third location 110.
  • the optical transducers 14, 14' and 14 are aligned parallel to each other, that is, the object planes 30, 30 'and 30" are parallel to one another
  • an image correlation of the first image 56 and the second image 58 may determine an offset of the radiation 12 in the XY plane from the first image 56 to the second image 58.
  • the difference vector 12 is known , it is possible in this way to determine a three-dimensional vector indicating a propagation direction 68 of the radiation 12.
  • the number of individual sensor devices 10, 48, 50 in the sensor system 51 is merely an example. Of course, it is possible that further sensor devices are arranged in the sensor system 51.
  • the optical transducers 14 can each be arranged in the described form in cascade fashion one behind the other with respect to the direction of incidence 36 of the radiation 12. In this respect, two, three, four, five, six etc. sensor devices can also be arranged one behind the other. Likewise, it is then possible not only to make image correlations between images of adjoining sensor devices, but also, for example, to correlate directly between a second image 58 and a fifth image (not shown). Any combinations are possible here. Furthermore, by means of the sensor system 51, for example, information about the energy of a specific portion of the radiation 12 can be obtained.
  • the first image 56 not only shows how the energy distribution of the radiation 12 is in the first image 56, but also the energy distribution within the image Radiation 12 from the image 58 can be determined, which hits the optical converter 14 '. Since a radiation hardening or filtering of the radiation value has already occurred in the optical converter 14, a corresponding evaluation of the second image 58 for an energy distribution will yield different results than that of the first image 56. From these differences in the energy distribution in the images 58, 56 and the knowledge about the portion of the radiation 12 filtered out during the transmission by the optical converter 14, it is thus possible to make a statement about its energy and energy distribution for precisely this filtered-out portion of the radiation 12.
  • this makes it possible to filter out specific portions of the radiation 12 specifically by means of the filter elements 52, 54 between two optical transducers 14, 14 'or 14', 14 "and to determine the effects on the energy distribution in the images 58 and
  • a statement about energy distributions of certain radiation components can be made on the basis of this difference analysis.
  • FIG. 5 schematically shows a schematic flow diagram for determining a propagation direction 68 of a radiation 12 and denoted by the reference numeral 70.
  • step 72 first of all a sensor system 51 is to be provided which has at least two sensor devices 10. Furthermore, at least the difference vector 1 12 between the first location 106 of the optical converter 14 of the first sensor device 10 and the second location 108 of the optical converter 14 of the at least one further second sensor device 48 or 50 is known. In a step 76, the first image 56 of the optical transducer 14 of the first sensor device 10 is then detected by means of the optical sensor 18 of the first sensor device 10.
  • a step 78 the second image 58 of the optical converter 14 'of the at least one second sensor device 48, 50 is detected by means of the optical sensor 18' or 18 "of the at least one second sensor device 48, 50.
  • steps 76 and 78 can basically be carried out consecutively. However, it is also possible that steps 76 and 78 are performed substantially simultaneously or simultaneously.
  • a correlation result is then determined by correlating the first image 56 and the second image 58, 60.
  • image correlation methods have already been proposed in the prior art. These image correlation methods make it possible to determine the mutually corresponding image portions 62, 64, 66 in the images 56, 58, 60.
  • a step 82 the propagation direction 68 of the radiation 12 is then determined from the at least one difference vector 1 12, 1 12 'and the correlation result determined in step 80.
  • the method may then end in step 84.
  • a back projection of at least the first image 56 along the determined propagation direction 68 onto the workpiece 42 he follows. In this way, a path on which the radiation 12 has passed through the workpiece 42 can be determined.
  • an absorption coefficient of the workpiece 42 is detected with knowledge of the radiation 12 emitted.
  • radiating source 40 is determined based on at least the first image 56. Since the energy distribution of the radiation 12 can be determined in the first image 56 and, furthermore, the path of the radiation 12 through the workpiece 42 can be determined by the proposed rear projection, it is then possible for this passage through the workpiece 42 to show the absorption capacity under consideration of the energy distribution in the first image 56 compared to the values of the radiation 12 originally emitted by the radiation source 40.
  • FIG. 6 further schematically illustrates a method with which an energy distribution within the radiation 12 can be determined.
  • This method begins in a step 92.
  • the sensor system 51 is provided, wherein the sensor system 51 has at least two sensor devices 10 or 48, 50.
  • a portion of the radiation filtered out by the optical transducer 14 of the first sensor device 10 as far as the respective optical transducer 14 'or 14 "of the at least one second sensor device 48, 50 is known, wherein the radiation can be detected both by an inevitably occurring radiation hardening in an optical radiation
  • an additional filter element 52 or 54 is provided, with which a certain portion of the radiation 12 is specifically filtered out.
  • a step 96 the first image 56 of the optical transducer 14 of the first sensor device 10 is then detected by means of the optical sensor 18 of the first sensor device 10.
  • a step 98 the second image 58 or 60 of the optical transducer 14 'or 14 "of the at least one second sensor device 48, 50 is detected by means of the optical sensor 18', 18" of the at least one second sensor device 48, 50 , Consequently, both the second sensor device 48 and the third sensor device 50 can be understood by the “at least one second sensor device”. Accordingly, both the second image 58 and the third image 60 can be understood by the "second image”.
  • a difference image is then determined from the first image 56 and the second image 58 or 60, in particular, for example, rescaled via a correlation.
  • differences in energy distribution between the first image 56 and the second image 58, 60 can be determined.
  • a step 102 it is thus possible to determine energy of the proportion of the radiation 12 filtered out from the optical converter 14 of the first sensor device 10 to the optical converter 14 "of the at least one second sensor device 48, 50 by means of the differential image is performed in a step 102.
  • the method then ends in a step 104.
  • the method 70 and 90 can be carried out, the step 100 of determining the reference image being carried out for correlating image portions 62, 64, 66 of the first image 56 and of the second images 58 and 60, respectively.

Abstract

The present invention relates to a method (70) for determining a propagation direction (68) of a beam, in particular of an x-ray beam (12) by means of a sensor system (51) and to a method (90) for determining an energy distribution within a beam (12) by means of the sensor system (51). The radiation penetrates two optical transducers (14, 14') that are arranged one behind the other, whereby the optical transducers emit light. This light is imaged onto optical sensors (18, 18') by imaging systems (22, 22'), the optical sensors recording the images of the two optical transducers (14, 14'). The two images are then evaluated together.

Description

VERFAHREN ZUR MESSUNG DER AUSBREITUNGSRICHTUNG EINES STRAHLENBÜNDELS VERFAHREN ZUR MESSUNG DER ENERGIEVERTEILUNG IN METHOD FOR MEASURING THE SPREADING DIRECTION OF A BEAM BUNCH METHOD FOR MEASURING THE ENERGY DISTRIBUTION IN
EINEM STRAHLENBÜNDEL A BEAM BUNDLE
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Bestimmung einer Propagationsrichtung einer Strahlung, mit dem Schritt des Bereitstellens eines Sensorsystems mit einer ersten Sensoreinrichtung, wobei die erste Sensoreinrichtung einen ersten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, und einen ersten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung, wobei die zweite Sensoreinrichtung einen zweiten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, und einen zweiten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den zweiten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, wobei der erste optische Wandler der ersten Sensoreinrichtung und der zweite optische Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung bezüglich einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinander angeordnet sind, According to a first aspect, the present invention relates to a method for determining a propagation direction of a radiation, comprising the step of providing a sensor system with a first sensor device, wherein the first sensor device comprises a first optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical transducer which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the optical transducer and at least one second sensor means, the second sensor means comprising a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and a second optical sensor Transducer has, depending on the incident on the second optical converter radiation light in the second Emitted wavelength range, wherein the first optical transducer of the first sensor device and the second optical converter of the at least one second sensor device with respect to an incident direction of the radiation are arranged one behind the other,
[0002] Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Energieverteilung innerhalb einer Strahlung, mit dem Schritt des Bereitstellens eines Sensorsystems mit einer ersten Sensoreinrichtung, wobei die erste Sensoreinrichtung einen ersten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, und einen ersten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den ersten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung, wobei die zweite Sensoreinrichtung einen zweiten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, und einen zweiten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den zweiten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, wobei der optische Wandler der ersten Sensoreinrichtung und der optische Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung bezüglich einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinander angeordnet sind. [0002] According to a second aspect, the present invention relates to a method for determining an energy distribution within a radiation, comprising the step of providing a sensor system with a first sensor device, wherein the first sensor device comprises a first optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical converter which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the first optical transducer, and at least one second sensor device, wherein the second sensor means comprises a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and second optical converter which emits light in the second wavelength range as a function of the radiation incident on the second optical converter, wherein the optical converter of the first sensor device and the optical converter of the at least one zw Siten sensor device with respect to an incident direction of the radiation are arranged one behind the other.
[0003] 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. Measuring systems that use X-radiation, γ-radiation or particle radiation to inspect an object are well known in the art. In addition to applications in the medical field, applications in microscopes or for checking workpieces are also known. In particular, measurement systems operating in X-ray quality used in quality assurance make it possible to examine a manufactured workpiece according to material defects which can not be detected by a visual inspection. An example of such measuring devices is the applicant's series marketed under the name "Metrotom®".
[0004] 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. [0005] 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. In systems for quality control can be used directly for example. For y-sensitive detectors or sensor units. However, these are usually very expensive and relatively limited in their dynamics. As a rule, such sensor systems have an effective bit data depth of only about 8 to 10 bits. In addition, there are approaches by means of an optical transducer, for example. A scintillator, usual, ie for sensitive light in a visible spectral range of 380 nm to 780 nm, optical sensors to make usable. For example, the scintillator can emit light in a visible spectral range or in the ultraviolet or infrared spectral range depending on the radiation irradiated thereon, which then from an optical sensor, eg a PMT (photomultiplier), a photodiode, an avalanche diode or a CCD or CMOS camera can be detected. Such optical sensors are widely used and relatively cheap. However, a problem in this case is that such optical sensors, if they are exposed to high-energy radiation, for example, .gamma. Radiation or X-radiation, are exposed to strong aging effects. The lifetime of the sensors is then very low.
[0006] 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. For example, document US 2006/0192129 A1 shows a microscope operating with X-ray radiation. In the linear structure shown there, the CCD camera is inevitably exposed by the X-ray strong aging effects. It should be noted that high energy radiation, such as γ-radiation and very short wavelength X-ray, has a refractive index of about 1 in almost all materials. In the case of a transmission, therefore, virtually no beam deflection occurs, so that a linear structure proposed in this publication inevitably leads to the CCD camera being constantly exposed to X-rays.
[0007] 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 . It has therefore been proposed variously to arrange the optical sensor in an area in which it is not directly exposed to high-energy radiation. For this purpose, it has been proposed to redirect the light emitted by the optical converter through plane mirror so as to enable a secure arrangement of the optical sensor. Examples of such arrangements can be found in the publications DE 10 2008 007 595 A1, WO 97/20231 A1 and DE 10 2009 033 304 A1.
[0008] Die dort vorgeschlagenen Anordnungen benötigen jedoch zwingend reflektierende optische Elemente zusätzlich zu der Abbildungsoptik an sich, um die ge- wünschte 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. The arrangements proposed there, however, absolutely require reflective optical elements in addition to the imaging optics per se, in order to avoid the wanted to effect beam deflection. Furthermore, these additional reflective optical elements are likewise located in the direct beam path of the high-energy radiation, for example the X-ray radiation. In addition, the quality of such a sensor system depends very much on the quality of such a reflective element, since there errors directly affect the image captured by the optical sensor.
[0009] 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. In the prior art, for example, the document DE 10 2005 033 533 A1 possibilities are proposed, for example. Make a spectrally resolved analysis of the radiation. By means of the proposed arrangements, however, it is regularly difficult to direct the light through beam splits to a plurality of optical sensors by means of complex mirror arrangements in order to thus provide new possibilities of evaluation.
[0010] Des Weiteren sind die vorgeschlagenen Anordnungen hinsichtlich der Auswertungsmöglichkeiten der Messergebnisse eingeschränkt. Besondere Analysen beispielsweise der Röntgenstrahlung sind nicht möglich. Furthermore, the proposed arrangements are limited in terms of the evaluation options of the measurement results. Special analyzes such as X-rays are not possible.
[0011] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung verbesserte Verfahren zur Erfassung und Auswertung einer Strahlung, insbesondere einer Röntgenstrahlung, zu ermöglichen. It is therefore an object of the present invention to provide improved methods for detecting and evaluating radiation, in particular X-ray radiation.
[0012] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Propagationsrichtung einer Strahlung mit den folgenden Schritten vorgeschlagen: According to a first aspect of the invention, a method for determining a propagation direction of a radiation is proposed with the following steps:
Bereitstellen eines Sensorsystems mit einer ersten Sensoreinrichtung, wobei die erste Sensoreinrichtung einen ersten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, und einen ersten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den ersten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und mindestens einer zweiten Sensoreinrich- tung, wobei die zweite Sensoreinrichtung einen zweiten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, und einen zweiten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den zweiten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, wobei der erste optische Wandler der ersten Sensoreinrichtung und der zweite optische Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung bezüglich einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinander angeordnet sind, 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, Providing a sensor system having a first sensor device, wherein the first sensor device has a first optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical converter which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the first optical converter, and at least one second sensor device. wherein the second sensor device has a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and a second optical transducer which emits light in the second wavelength range depending on the radiation incident on the second optical transducer, wherein the first optical transducer of the at least one difference vector between a first location of the optical transducer of the first sensor device and a second location of the optical converter of the at least one second sensor device is known, the first sensor device and the second optical converter of the at least one second sensor device being arranged with respect to an incident direction of the radiation
Erfassen eines ersten Bildes des ersten optischen Wandlers der ersten Sensoreinrichtung mittels des ersten optischen Sensors der ersten Sensoreinrichtung, Detecting a first image of the first optical transducer of the first sensor device by means of the first optical sensor of the first sensor device,
Erfassen eines zweiten Bildes des zweiten optischen Wandlers der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung mittels des zweiten optischen Sensors der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung, Detecting a second image of the second optical converter of the at least one second sensor device by means of the second optical sensor of the at least one second sensor device,
Ermitteln eines Korrelationsergebnisses durch Korrelieren des ersten Bildes und des zweiten Bildes, und Determining a correlation result by correlating the first image and the second image, and
Bestimmen der Propagationsrichtung der Strahlung aus dem Differenzvektor und dem Korrelationsergebnis. Determining the propagation direction of the radiation from the difference vector and the correlation result.
[0013] 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 Sensorein- richtung 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. In this way, it becomes possible to detect a propagation direction or propagation direction of the radiation. By knowing at least the difference vector between the location of the optical transducer of the first sensor device and the location of the optical transducer of the second sensor device, by image correlation an offset of corresponding image components on the way from the optical transducer of the first sensor device to the optical transducer of the second sensorein - direction in a plane perpendicular to the difference vector. By vector addition of the difference vector with the offset determined by the image correlation, one then obtains a three-dimensional vector indicating the direction of propagation of the radiation from the first optical transducer to the second optical transducer. In particular, in this way, assuming that the radiation propagates from a radiation source isotropically and almost rectilinearly without diffraction and refraction phenomena, a backprojection of the images acquired by means of the optical sensors onto a checked workpiece becomes possible.
[0014] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Energieverteilung innerhalb einer Strahlung mit den folgenden Schritten bereitgestellt: According to a second aspect of the invention, there is provided a method of determining an energy distribution within a radiation comprising the steps of:
Bereitstellen eines Sensorsystems mit einer ersten Sensoreinrichtung, wobei die erste Sensoreinrichtung einen optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, und einen ersten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den ersten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung, wobei die zweite Sensoreinrichtung einen zweiten optischen Sensor zum Erfassen von Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, und einen zweiten optischen Wandler aufweist, der abhängig von der auf den zweiten optischen Wandler einfallenden Strahlung Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, wobei der erste optische Wandler der ersten Sensoreinrichtung und der zweite optische Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung bezüglich einer Einfallsrichtung der Strahlung hintereinander angeordnet sind, wobei ein Anteil der von dem ersten optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung bis zu dem jeweiligen optischen Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung herausgefilterten Strahlung bekannt ist, Erfassen eines ersten Bildes des ersten optischen Wandlers der ersten Sensoreinrichtung mittels des ersten optischen Sensors der ersten Sensoreinrichtung, Providing a sensor system having a first sensor device, wherein the first sensor device has an optical sensor for detecting light in a first wavelength range, and a first optical converter which emits light in the first wavelength range depending on the radiation incident on the first optical converter, and at least one second sensor device, wherein the second sensor device has a second optical sensor for detecting light in a second wavelength range, and a second optical converter which emits light in the second wavelength range depending on the radiation incident on the second optical converter, wherein the first optical converters of the first sensor device and the second optical converter of the at least one second sensor device with respect to an incident direction of the radiation are arranged one behind the other, wherein a portion of the first optical converter of the first Sensor device is known up to the respective optical converter of the at least one second sensor device filtered out radiation, Detecting a first image of the first optical transducer of the first sensor device by means of the first optical sensor of the first sensor device,
Erfassen eines zweiten Bildes des zweiten optischen Wandlers einer mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung mittels des zweiten optischen Sensors der einen der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung, Detecting a second image of the second optical converter of at least one second sensor device by means of the second optical sensor of the one of the at least one second sensor device,
Ermitteln eines Differenzbildes aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild, und Determining a difference image from the first image and the second image, and
Bestimmen einer Energie des Anteils der von dem ersten optischen Wandler der ersten Sensoreinrichtung bis zu dem optischen Wandler der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung herausgefilterten Strahlung mittels des Differenzbildes. Determining an energy of the portion of the radiation filtered out from the first optical converter of the first sensor device to the optical converter of the at least one second sensor device by means of the differential image.
[0015] 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. As already stated above, radiation penetration inevitably occurs during the penetration of the optical converter, ie a soft or long-wave component of the radiation is filtered out. In addition, additional filter elements can be arranged in the beam path of the radiation in order to specifically influence the filtered-out portion. At the same time, owing to the knowledge of the optical transducers of the first sensor device and the at least one second sensor device, the images detected by the respective optical sensors can be used to infer the energy emitted by the optical transducer in the form of light and, moreover, to that incident on the optical transducer Energy of radiation can be drawn. Due to the planar extension of the optical transducer even two-dimensionally spatially resolved. It is thus possible to determine a difference in the energy of the radiation between the impact on the first optical transducer and the second optical transducer by comparing corresponding portions of a first image and a second image. Furthermore, it is known what proportion of the radiation, ie which wavelength range in the penetration of the first Optical filter and a possible filter was filtered out, so attributable to this energy or wavelength range energy component can be determined. In the step of determining the difference image, it is necessary, in particular via correlation and / or scaling of the images, to take into account the propagation of the radiation, in particular the X-ray radiation, between the two detectors. For example, scaling would be the simplest case - as the radiation from the X-ray source propagates in a straight line - to assume a steady widening of the beam from the source to the transducer in the detector. Thus, the images scale like the distances of the transducer from the radiation source or X-ray source. By scattering effects in the measurement object, it is also possible to produce components in the image which can be determined with this distance of the optical transducer to the measurement object, for example a mean distance of the measurement object - as an approximation of which its axis of rotation can be used - to an optical transducer, and then via the correlation can be evaluated.
[0016] 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. In particular, by the cascading, i. arranging a plurality of optical transducers of the sensor devices in succession in an incident direction of the radiation, it is thus possible to successively filter certain areas of the radiation and to determine the energy fractions attributable to them.
[0017] 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. The term "radiation" is understood in the present case any type of electromagnetic radiation or particle radiation. In particular, the "radiation" is X-radiation or γ-radiation. X-radiation can be understood to mean electromagnetic radiation in a wavelength range from about 10 pm to about 50 nm. Under γ-rays electromagnetic waves can be understood in a wavelength range of less than 10 pm. The particle beams may be α radiation, β radiation or neutron radiation. Furthermore, the "radiation" can also be radiation in the ultraviolet range, for example in a range from 50 nm to about 200 nm. The "radiation" is thus high-energy radiation.
[0018] 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 Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis etwa 780 nm, angeregt wird. Ein Beispiel für einen solchen optischen Wandler ist ein Szintillator. Insbesondere sind der erste Wellenlängenbereich des ersten optischen Wandlers und der zweite Wellenlängenbereich des zweiten optischen Wandlers identisch. An "optical converter" is understood to mean a component which, when irradiated by "radiation", emits electromagnetic radiation in a certain wavelength range, in particular of light in a wavelength range from about 380 nm to about 780 nm, is excited. An example of such an optical converter is a scintillator. In particular, the first wavelength range of the first optical converter and the second wavelength range of the second optical converter are identical.
[0019] 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. By "light" is thus understood electromagnetic radiation in a wavelength range visible to humans from about 380 nm to about 780 nm. In addition, it is also possible that the optical transducer emits electromagnetic radiation in the ultraviolet range from about 200 nm to about 380 nm or emits in a near infrared range from 780 nm to about 2500 nm. The wavelength range in which the optical transducer emits the light is the "first wavelength range", the optical sensor is sensitive to this first wavelength range and can thus detect the light emitted by the optical transducer.
[0020] 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. By "imaging optics" is meant at least one optical element which images the light emitted by the optical transducer onto the optical sensor. The imaging optics thus has a focusing effect. This allows the plane of the optical transducer, referred to as the "object plane", to be imaged onto a plane of the sensor elements of the optical sensor, referred to as the "image plane". A plane mirror which has no focusing effect is thus not the first optical element to which the light emitted by the optical converter hits. In the further course of the beam path, at least one reflecting mirror may be provided in principle, for example, in order to fold the beam path and / or keep it compact. However, this is not involved in an imaging property of the imaging optics.
[0021] 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. [0022] 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. By "directly" applying to the imaging optics, it is understood in the present case that the light emitted by the optical converter directly hits the imaging optics without influencing by further optical elements. For example, no further elements for influencing the beam path are provided between the imaging optics and the optical converter in the beam path of the light. In particular, no plane mirrors are provided for the reflection of the light. The "direction of incidence" is understood to mean the main direction in which the radiation is incident on the optical transducer of the first sensor device and the optical transducer of the second sensor device. Typically, an optical transducer will have a substantially disc-like geometry. In this case, the optical transducer has a relatively large front and rear surface and, moreover, a relatively small thickness with respect to the dimensions of the surface of the front and rear surfaces. The "direction of incidence" is then perpendicular to the front and back surfaces of the optical transducer.
[0023] 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. In this way, as stated above, it is possible to record the radiation at two different locations. In this way, new methods for evaluating the radiation are made possible, in particular, a propagation direction of the radiation can be determined in this way, or energy information about specific portions of the radiation can be obtained.
[0024] Die eingangs genannte Aufgabe wird somit vollkommen gelöst. The object mentioned is thus completely solved.
[0025] In einer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung 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. In one embodiment of the method according to the first aspect of the invention can be provided that the first location and the second location are known, and in a further step, a rear projection of at least the first image along the particular propagation direction is carried out on a workpiece, the was penetrated by the radiation.
[0026] 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. In known locations of the first optical converter and the second optical converter are basically two known location information. From the image correlation, furthermore, the offset of the correlated image components from the first optical converter to the second optical converter can be determined. As already stated above, in this way a three-dimensional propagation vector of the radiation can be determined. In this way, it is particularly possible to recalculate a specific pixel or pixel of an image to a specific location or area of the workpiece in the direction of transmission. In this way, for example, errors, for example. An undesirable cavity in the workpiece, not only captured in the image, but immediately the position of the error are determined.
[0027] In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung 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. In a further embodiment of the method according to the first aspect of the invention, in a further step, an absorption coefficient or the optical density (absorbance) of the workpiece with knowledge of a radiation source emitting radiation can be determined based on at least the first image.
[0028] 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. By means of the methods provided, not only is there a propagation vector of the radiation and thus the possibility of backprojection, but also, based on knowledge of the optical transducers, energy information about the radiation. With knowledge of the radiation source, i. the original energy state of the radiation, therefore, it can be deduced which part of energy was absorbed in the penetration of the workpiece. It allows, in effect, a spatially resolved determination of the absorption coefficient or the absorbency of the workpiece. Also from the absorption capacity can then be deduced under certain circumstances errors in the workpiece. In particular, for example, a very low absorbency in an environment of otherwise very high absorbency may indicate a void in the workpiece.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann vorgesehen sein, dass, um einen spektral und örtlich aufgelösten Absorptionsvermögen eines Werkstücks zu bestimmen, das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ausgeführt wird und das Verfahren gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung ausgeführt wird, wobei der Schritt des Ermitteins des Differenzbildes für jeweils korrelierende Bildanteile des ersten Bildes und des zweiten Bildes durchgeführt wird. In a further embodiment of the proposed method according to the invention can be provided that, in order to determine a spectrally and locally resolved absorption capacity of a workpiece, the method is carried out according to the fourth aspect of the invention and the method is carried out according to the fifth aspect of the invention wherein the step of determining the difference image is performed for respective correlated image portions of the first image and the second image.
[0030] 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. The combination of the two proposed methods can be made not only in the back projection of certain pixels on the workpiece, but also determine the energy information separately for certain spectral ranges. In this respect, it is also possible, with knowledge of a correspondingly spectrally resolved information about determine the radiation source, a corresponding spectrally resolved absorption coefficient of the workpiece.
[0031] Insofern werden durch die vorliegende Erfindung Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, 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. In this respect, devices and methods are provided by the present invention, which allow novel evaluation options of radiation. This is possible in particular by a so-called "multi-shell evaluation" of the radiation, since according to the invention an evaluation of the radiation at different distances from the radiation source or a workpiece penetrated by the radiation is possible.
[0032] Dies ist letztlich durch die Aneinanderreihung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensoreinrichtungen in kaskadierender Weise zur Bildung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems möglich. This is ultimately possible by the juxtaposition of inventively proposed sensor devices in a cascading manner to form a sensor system according to the invention.
[0033] Grundsätzlich ist es in den angegebenen Verfahren möglich, aus einem Datensatz einer Messung in den unterschiedlichen Bildebenen dann eine Auswertung analog der Auswertung von Schichtbildern anzuwenden. Beispielsweise ist es möglich, eine Propagationsrichtung aufgrund der geradlinigen Ausbreitung der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung, beispielsweise über Algorithmen des sogenannten „Phase-Retrieval"-Verfahrens zu ermitteln. Vorliegend müssten die gewünschten Informationen aus der Propagation der Strahlung im extrafokalen Bereich - also im divergent auseinanderlaufenden Strahlenbündel - bestimmt werden. Basically, it is possible in the specified method to then apply an evaluation analogous to the evaluation of layer images from a data set of a measurement in the different image planes. For example, it is possible to determine a propagation direction due to the rectilinear propagation of the radiation, in particular the X-ray radiation, for example using algorithms of the so-called "Phase Retrieval" method. In the present case, the desired information would have to be obtained from the propagation of the radiation in the extrafocal region-that is, at divergent diverging beams - to be determined.
[0034] Die einzelnen Sensoreinrichtungen können zueinander in ihrer Empfindlichkeit kalibriert werden. Dies kann erfolgen, indem beispielsweise Bilder ohne ein Messobjekt aufgenommen werden und aufgrund der geometrischen Gegebenheiten, d.h. im Wesentlichen dem Abstand zwischen den optischen Wandlern und der Strahldivergenz des Röntgenstrahls dann einen Korrekturfaktor für das gesamte Bild oder - um auch Fehler der Kamera auszugleichen - pixelweise einstrahlt. Über die Projektion von geometrischen Strukturen mittels Röntgenstrahlung oder auch optischer Strahlung (kurzwelliges Licht, dass ggf. den Fluoreszenzwandler mit anspricht oder auch nur direkt dieses Anregungslicht selber von dem Kamerasystem der jeweiligen Sensoreinrichtungen aufgenommen wird) können dann auch geometrische Verzeichnungen der einzelnen Sensorenrichtungen zueinander aufgenommen werden. Für die Kalibrierung können dann die Verfahrachsen des Messsystems beispielsweise in einer Translation parallel zu der Ebene der optischen Wandler in verschiedenen geometrischen Abständen dasselbe Objekt vermessen werden, um so auch die Strahldivergenz unmittelbar zu bestimmen. Ferner können die für eine Tomografie ohnehin benötigte Drehachse oder auch eine optional verfügbare Hubachse verwendet werden. Selbstverständlich können die Veränderungen am Kalibrieraufbau auch manuell vorgenommen werden, es ist jedoch auch ein vollautomatischer Kalibrierablauf denkbar. The individual sensor devices can be calibrated to each other in their sensitivity. This can be done by, for example, taking images without a measurement object and, due to the geometrical conditions, ie essentially the distance between the optical transducers and the beam divergence of the x-ray beam then a correction factor for the entire image or - to compensate for errors of the camera - pixel-wise irradiates , About the projection of geometric structures by means of X-rays or optical radiation (short-wave light that possibly responds to the fluorescence with or even directly this excitation light itself from the camera system of the respective sensor devices is recorded) then geometric distortions of the individual sensor directions can be added to each other. For calibration, the traversing axes of the measuring system can then be measured, for example, in a translation parallel to the plane of the optical transducers at different geometrical distances the same object, so as to determine the beam divergence directly. Furthermore, the rotation axis required anyway for a tomography or also an optionally available stroke axis can be used. Of course, the changes to the calibration can also be made manually, but it is also a fully automatic calibration conceivable.
[0035] Es kann des Weiteren vorgesehen sein, zumindest eine der Sensoreinrichtungen 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. It may further be provided to further develop at least one of the sensor devices such that an extending through the optical converter, in particular the light emitting object plane of the imaging optics and extending through the optical sensor image plane of the imaging optics intersect, the light directly meets the imaging optics.
[0036] 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. It is thus proposed to let the light emitted by the optical converter directly strike the imaging optics and to focus on the optical sensor. Accordingly, an object plane extending through the optical converter is at an angle to one another on the image plane extending through the optical sensor or parallel to the sensor elements of the optical sensor. The object plane and the image plane intersect. The optical sensor can thus be arranged behind the shielding device in a secured area. The imaging optics is accordingly designed such that, although the image plane and the object plane are not parallel to one another, a sharp imaging of the object plane on the image plane takes place. This makes it possible in particular to dispense with reflecting mirrors within the beam path of the radiation.
[0037] 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 verwende- ten 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. Furthermore, it is thus made possible that the area which has become free due to the omission of any reflecting mirrors makes possible an uninfluenced further propagation of the radiation, in particular of X-ray radiation. The only influence on the radiation thus occurs in the transmission of the optical converter. However, the design of the optical converter can be carried out with knowledge of the th materials are made such that the influence of the radiation by the optical converter is known. In particular, a radiation hardening caused by the optical transducer, ie filtering soft or long-wave radiation components, may be known in advance. In this way one is able to know the properties of the radiation after penetration of the optical transducer of the sensor device. Since there is no further influencing of the radiation in the free space behind the optical converter, it is possible to determine additional information about this radiation at a further location once it has penetrated the optical converter of the sensor device. This enables new methods of detection and evaluation of the radiation.
[0038] Ein Messsystem zum Prüfen eines Werkstücks wird vorgeschlagen, das eine Strahlungsquelle, die eine Strahlung emittiert, aufweist, insbesondere wobei die Strahlung das Werkstück durchdringt, und das des Weiteren ein Sensorsystem mit mindestens zwei Sensoreinrichtungen aufweist. A measuring system for testing a workpiece is proposed, which has a radiation source emitting radiation, in particular wherein the radiation penetrates the workpiece, and further comprising a sensor system with at least two sensor devices.
[0039] 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. According to one embodiment of the sensor device according to the first aspect of the invention can be provided that the imaging optics is configured such that the imaging optics sharply images the object plane to the image plane.
[0040] 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. In this way, the radiation can be detected with high accuracy. The sharp imaging of the light emitted by the optical transducer onto the image plane or the sensor plane of the optical sensor allows the best evaluation of the light emitted by the optical transducer.
[0041] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung 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. [0042] 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. In a further embodiment of the sensor device can be provided that the imaging optics consists of the at least one optical element, and wherein each optical element of the imaging optics from a group consisting of a refractive optical element, a diffractive optical element and a holographic optical element is selected. In this way, a particularly simple and space-saving designed imaging optics can be provided. Any type of mirrors are not part of the imaging optics in this embodiment.
[0043] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung 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. In a further embodiment of the sensor device can be provided that an extending through the optical converter, in particular the light emitting object plane of the imaging optics and extending through the optical sensor image plane of the imaging optics intersect, in particular wherein the at least one optical element is a refractive is optical element or diffractive optical element or holographic optical element, and wherein the optical transducer, the imaging optics and the optical sensor are arranged in compliance with the Scheimpflug- condition relative to each other.
[0044] 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. This development makes it possible to arrange the optical sensor in a safe area behind the shield in front of the radiation, in particular the X-ray radiation. In this case, the image plane extending through the sensor surface of the optical sensor and an object plane of the imaging optical system passing through the optical converter intersect in a cutting axis. The imaging optics is now to be arranged in this embodiment so that the Scheimpflug condition is met. In this case, the sharp imaging of the object plane on the image plane can be ensured. The Scheimpflug condition or the Scheimpflug rule states that, for a sharp optical image, the image plane, the focal plane or object plane and the objective plane must intersect in a common straight line.
[0045] 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. In this case, an image with maximum sharpness is formed. The lens plane is the main plane of the lens. In the present case, therefore, the main plane of the imaging optics. In the construction of the imaging optics from only a single refractive optical element, the main plane of the optical element is at the same time the main plane of the imaging optics or of the objective. In a construction of the imaging optics of a plurality of optical elements, the imaging optics or the lens will have, for example, two main planes, an object-side main plane and an image-side main plane. The Scheimpflug condition is then exactly that the focal plane or object plane with the object-side main plane at the same distance from the optical axis of the lens intersects as the image plane with the image-side main plane of the lens or the imaging optics, wherein both intersecting lines are parallel to each other. Both degrees of cutting are also located on the same side of the optical axis of the imaging optics. The intersection line could also coincide, which means that the individual elements in the imaging optics are also tilted towards each other.
[0046] 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. With this specification, an imaging optics can thus be designed for the average person skilled in the art, which images the light emitted by the optical converter sharply onto the optical sensor. In particular, the entire area of the optical transducer, i. the object plane, sharply imaged on the image plane. With such a design imaging optics eliminates any need to reflect mirrors, etc. in a beam path of the radiation, in particular the X-rays, to arrange to redirect the light suitable for the optical sensor. Thus, by means of simple and inexpensive producible refractive optical elements, a suitable imaging optics can be provided.
[0047] 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. In a further embodiment it can be provided that the at least one optical element is a diffractive optical element. In yet another embodiment it can be provided that the at least one optical element is a holographic optical element.
[0048] 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. [0049] 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. Also with a suitably designed diffractive optical element or a suitably designed holographic optical element which is irradiated by the light emitted by the optical converter, the object can be solved to focus the light on the optical sensor or the image plane. Such a solution may be advantageous, in particular since a diffractive optical element or a holographic optical element generally has a lower weight and smaller dimensions than, for example, an imaging optic formed from refractive optical elements. In a further embodiment of the sensor device according to the first aspect of the invention can be provided that the at least one optical element and the optical transducer are arranged directly adjacent to each other.
[0050] Der Begriff "unmittelbar aneinander angrenzend" ist dabei derart zu verstehen, dass der optische Wandler und das optische Element aneinander anliegen. The term "immediately adjacent to each other" is understood to mean that the optical transducer and the optical element abut each other.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der optische Wandler und das optische Element keinen Luftspalt zwischen sich aufweisen. In particular, it can be provided that the optical converter and the optical element have no air gap between them.
[0051] 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. Even if the at least one optical element were penetrated by the radiation in this case, such a construction could possibly be preferable due to its compactness. Further, a design of a diffractive optical element or a holographic optical element may be simpler provided that it is immediately adjacent to the optical transducer.
[0052] In einer weiteren Ausgestaltung der Sensoreinrichtung vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung des Weiteren eine Fassungseinrichtung aufweist, die sowohl den optischen Wandler als auch das mindestens eine optische Element trägt. Provided in a further embodiment of the sensor device, that the sensor device further comprises a socket device, which carries both the optical transducer and the at least one optical element.
[0053] 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. In this case, the optical converter and the at least one optical element are thus held together in a housing part or a housing section which forms the mounting device.
[0054] 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. [0055] In einer weiteren Ausführungsform 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 ho- lografisches optisches Element ist, und mindestens ein zweites optisches Element aufweist, und wobei das erste optische Element unmittelbar angrenzend an den optischen Wandler angeordnet ist. Hereby, a design of a diffractive optical element or a holographic optical element can be simplified again by fixing the relative positioning of the diffractive optical element or the holographic optical element and the optical transducer by means of the socket device. It can also be provided that the at least one diffractive optical element or the at least one holographic optical element is integrated into the optical converter. By "integrated" is meant a one-piece, non-destructive separable connection. In a further embodiment it can be provided that the imaging optics has more than one optical element, wherein the imaging optics has a first optical element, which is a diffractive optical element or a holographic optical element, and at least one second optical element and wherein the first optical element is disposed immediately adjacent to the optical transducer.
[0056] 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. Thus, a combination of a refractive optical element with a diffractive or holographic optical element is conceivable. In this way, a design of the diffractive optical element or of a holographic optical element may possibly be simplified, since a deflection to be effected by the diffractive optical element or the holographic optical element can be kept smaller and is additionally assisted by the refractive optical element. The at least one second optical element can furthermore be formed from a plurality of refractive optical elements as refractive optics, which is part of the imaging optics. In this case it can be provided that the above-mentioned Scheimpflug condition is maintained such that it, in particular only, for the refractive optical elements formed refractive part of the optics with his or her main axes, the image plane in the optical sensor and an object plane is complied with. The object plane in this case run through the diffractive or holographic optical element or, as usual, through the optical converter.
[0057] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung 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. [0058] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass der optische Wandler ein Szintillator ist. In a further embodiment of the sensor device can be provided that an extending through the optical converter, the light-emitting object plane of the imaging optics and extending through the optical sensor image plane of the imaging optics at an angle of more than 10 °, but in particular less cut as 60 °. In particular, the angle may be greater than 20 °, in particular greater than 30 °, in particular greater than 45 °. In this way it is ensured that a suitable large tilt between the object plane and the image plane or the optical transducer and the optical sensor is made, which allows to arrange the optical sensor in a safe area behind the shielding device. Furthermore, a geometric distortion, in particular a keystone distortion, is kept low. In a further embodiment of the sensor device can be provided that the optical transducer is a scintillator.
[0059] 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. A scintillator is a body that is excited by the passage of high-energy photons or high-energy radiation or charged particles or particle radiation and the excitation energy in the form of light, usually in the visible spectral range, but also, for example, in the ultraviolet range, gives up again. The emitted light can then be deflected by the imaging optics and detected by the optical sensor. By measuring the amount of light, e.g. By means of a photomultiplier or a photodiode, it is possible to deduce directly the energy emitted by the radiation to the scintillator.
[0060] In einer weiteren Ausgestaltung der Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass der optische Sensor eine CCD (charge-coupled device)-Kamera oder eine CMOS (complementary metal oxide semiconductor)-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-Log-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. In a further embodiment of the sensor device can be provided that the optical sensor is a CCD (charge-coupled device) camera or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) camera. Already mentioned at the outset, the optical sensor can also be any type of photomultiplier, photodiode, avalanche diode or multiple numbers or a two-dimensional array structure thereof. In particular, it may be provided to use so-called Lin-Log CMOS sensors. These have a linear response in a first region and a logarithmic response in a second region. In particular, a linear response may be implemented for low illuminance and a logarithm response for high illuminance. In this way, the sensitivity of the entire device and the resolution of energy differences can be increased.
[0061] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Strahlung eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Röntgenstrahlung oder eine γ-Strahlung, oder eine Partikelstrahlung ist. In a further embodiment of the sensor device it can be provided that the radiation is an electromagnetic radiation, in particular an X-ray radiation or a γ-radiation, or a particle radiation.
[0062] Mit einer solchen Strahlungsart werden in der Regel Qualitätskontrollen eines Werkstücks durchgeführt. Des Weiteren eignen sich diese Strahlungsarten insbesondere zur Verwendung mit üblichen Szintillatoren. [0063] In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinrichtung 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. With such a type of radiation quality controls of a workpiece are usually performed. Furthermore, these types of radiation are particularly suitable for use with conventional scintillators. In a further embodiment of the sensor device it is provided that the shielding device, the imaging optics and the optical sensor are arranged such that the shielding device shields both the optical sensor and the imaging optics. In particular, the shielding device can also serve as a carrier device for elements of the sensor device.
[0064] Auf diese Weise kann auch die Abbildungsoptik in einem sicheren Bereich angeordnet werden, indem sie nicht direkt der Strahlung ausgesetzt ist. In this way, the imaging optics can be arranged in a safe area by not directly exposed to the radiation.
[0065] In einer weiteren Ausgestaltung der Sensoreinrichtung kann vorgesehen sein, dass auf den optischen Signalwandler eine Struktur aufgebracht ist, die eine Skalie- rungs- 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. In a further refinement of the sensor device, provision may be made for a structure to be applied to the optical signal converter, which enables scaling and / or distortion correction of the image onto the optical sensor. For example, the structure may be a uniform grid. The structure may also be exposed to the optical transducer.
[0066] 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. In this way, it is very easy to make a scaling and / or distortion correction in the evaluation of the image detected by means of the optical sensor. Changes in the imaging system that affect the scaling can also be recognized immediately and taken into account in the evaluation.
[0067] 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. It can be provided that a surface of the optical transducer is roughened to make the structure visible in the image detected by the optical sensor. In particular, this surface can be one of the surfaces facing the optical sensor or one of the surfaces of the optical converter incident on the optical transducer.
[0068] In einer Ausführungsform der Sensoreinrichtung kann der optische Wandler z.B. mittels einer Planscheibe ausgebildet sein. In one embodiment of the sensor device, the optical transducer may be e.g. be formed by a face plate.
[0069] 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. Such a face plate is easy to replace by a customer or user. An optical transducer would then represent a wearing part, that can be exchanged easily and inexpensively. In particular, no special service personnel with specialist knowledge are required for this exchange.
[0070] 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. In order to be able to produce sharp images on the image plane of the optical sensor, the optical converter should have a not too large thickness. By "thickness" is meant a longitudinal extent of the optical transducer in the direction of the incident radiation. However, depending on the material used for the optical transducer and its quantum efficiency, the optical converter may not be too thin to generate sufficiently many photons per radiating energy. In particular, the optical transducer may have a thickness in a range of about 0.1 mm to about 10 mm.
[0071] 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. In one embodiment, it may be provided that, if, for example, an optical converter with the above incoming thickness should not be stable enough, a carrier surface or substrate is provided for supporting the optical converter. A material of this carrier should have a small effective mass number, e.g. be made of a lightweight construction material or porous material, such as, for example, from magnesium. In this case, structures can be introduced into the support, which allow a thickness calibration of the dose for linearity correction of the optical sensor.
[0072] 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. A linearity correction of the optical sensor is performed in order to correct any nonlinearities of the readout and amplifier circuits of the optical sensor or a non-linear behavior of the optical sensors at long exposure times. Furthermore, the optical transducer itself can exhibit nonlinear behavior based on the time-limited regeneration capability of the fluorescence transitions, also referred to as "depletion." This behavior can also be corrected.
[0073] In einer Ausführungsform der Sensoreinrichtung 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. In one embodiment of the sensor device can be provided that the sensor device comprises an auxiliary light source that emits light in a known spectrum and known energy or power. In an embodiment, it can be provided that the auxiliary light source is arranged such that it covers the optical Transducer illuminated. In a further embodiment it can be provided that the auxiliary light source is arranged such that it directly or directly illuminates the optical sensor.
[0074] In einer Ausführungsform des Sensorsystems 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. In one embodiment of the sensor system it can be provided that at least one filter for filtering a portion of the radiation is arranged between the optical transducer of the first sensor device and the optical transducer of the at least one second sensor device.
[0075] Auf diese Weise kann ein Anteil der zwischen dem ersten optischen Wandler und dem zweiten optischen Wandler herausgefilterten Strahlung genau eingestellt werden. In this way, a proportion of the radiation filtered out between the first optical converter and the second optical converter can be adjusted precisely.
[0076] Insbesondere kann bei einer Sensoreinrichtung oder bei einem Sensorsystem 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. In particular, it can be provided in the case of a sensor device or a sensor system that the filter and the optical converter are attached directly to one another. In particular, the filter and the optical converter may be constructed as one unit.
[0077] 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. A filter can be provided, for example, in the form of an absorbent coating, as a film, or as a disk of suitable material. Even a suitable choice of the material of the optical transducer can already bring about a desired filter effect.
[0078] 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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the particular combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
[0079] Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Sensoreinrichtung, Fig. 2 eine Ausführungsform eines Messsystems, 1 shows an embodiment of a sensor device, 2 shows an embodiment of a measuring system,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Sensoreinrichtung, 3 shows a further embodiment of a sensor device,
Fig. 4 eine Ausführungsform eines Sensorsystems, 4 shows an embodiment of a sensor system,
Fig. 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Fig. 5 shows an embodiment of a method according to the invention for
Bestimmen einer Propagationsrichtung einer Strahlung, und  Determining a propagation direction of a radiation, and
Fig. 6 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 6 shows an embodiment of a method according to the invention
Bestimmen einer Energieverteilung einer Strahlung.  Determining an energy distribution of a radiation.
[0080] Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer 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. 1 shows an embodiment of a sensor device 10. The sensor device 10 serves to detect a radiation 12. The radiation 12 may in principle be electromagnetic radiation or else particle radiation or particle radiation. In particular, the radiation 12 may be X-radiation. In the following, the embodiments of the invention will be explained using the example of X-ray radiation.
[0081] 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. In order to make the radiation 12 more detectable, an optical converter 14 is provided. The optical transducer 14 is excited by the energy of the radiation 12 to emit light 16. The light 16 may be light in a visible wavelength range. However, it may also be provided, depending on the choice of the optical transducer 14, that light is emitted on an ultraviolet or infrared spectrum.
[0082] 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. In particular, the optical transducer 14 may be a scintillator. In principle, various materials, both organic and inorganic materials, are known, with which a scintillator can be provided. The scintillator 14 has approximately the shape of a disk. In the coordinate system shown in FIG. 1, the optical transducer 14 has an areal extent in an XY plane, for example in the form of a rectangle. In addition, points the optical transducer 14 has a certain thickness D extending in the Z direction. This thickness D extends approximately in the direction in which the radiation 12 penetrates the optical transducer 14. The usual thickness D for the optical transducer 14 is 0.1 to 10 mm. On the one hand, depending on the material of the optical transducer 14, it is not too thin to be chosen so that the optical transducer 14 can emit a sufficient amount of photons in the form of the light 16; on the other hand, it should not be too thick to allow the optical transducer 14 to emit has sharp contours emitted by the optical transducer 14 in the form of light 16 representation.
[0083] 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. The light 16 emitted by the optical converter 14 is then detected by an optical sensor 18. The optical sensor 18 is chosen such that it is sensitive to the wavelength range in which the light 16 is emitted. In particular, the optical sensor 18 may be capable of detecting, in the manner of a photomultiplier, the number of photons impinging on the optical sensor 18.
[0084] 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. With this basic structure by means of optical transducer 14 and optical sensor 18 is ultimately able to with an optical sensor 18, which is sensitive to light in a conventional, usually visible to the human eye wavelength spectrum, a high-energy radiation 12th , For example, to detect an X-ray radiation.
[0085] Um das von dem optischen Wandler 14 emittierte Licht auf den optischen Sensor 18 abzubilden, ist eine Abbildungsoptik 20 vorgesehen. Die Abbildungs- optik 20 ist dazu in der Lage, das Licht 16 auf den optischen Sensor 18 zu fokussieren. Dies wird 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. 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. In order to image the light emitted by the optical converter 14 onto the optical sensor 18, an imaging optical system 20 is provided. The imaging optics 20 are capable of focusing the light 16 onto the optical sensor 18. This is made possible without the aid of merely reflective elements, such as plane mirrors, in a beam path of the light 16 between the optical converter 14 and the imaging optics 20. The light 16, which is emitted by the optical converter 14, thus falls directly onto the imaging optics 20. The imaging optics 20 has at least one optical element 22, with which the light 16 is then focused onto the optical sensor 18. In the simple exemplary embodiment shown in FIG. 1, the imaging optical unit 20 has an optical element 22, which is shown in the form of a lens in the form of a refractive optical element. However, this representation is chosen merely for illustrative purposes. About that In addition, it is of course possible that the imaging optics 20 has more than one optical element 22, in particular more than one refractive optical element 22. Furthermore, as will be explained below, the imaging optics 20 can also be formed with at least one optical element 22 , which is a diffractive or a holographic optical element.
[0086] 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. Furthermore, the sensor device 10 has a shielding device 24. The shielding device 24 serves to shield the optical sensor 18 from the radiation 12. The arrangement and dimensioning of the shielding device 24 in FIG. 1 is merely an example. By means of the shielding device 24, any damaging influence of the radiation 12, in particular the occurrence of aging effects, on the optical sensor 18 is avoided.
[0087] 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. In the case of radiation 12, which is, for example, an X-radiation, it can be assumed that it propagates isotropically substantially straightforwardly through every type of matter. For such X-ray radiation, all materials essentially have a refractive index of 1, so that substantially no beam deflection occurs. In this respect, the radiation 12 continues straight after transmission through the optical converter 14.
[0088] 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. [0089] Der optische Sensor 18 weist in der Regel ein zweidimensionales Sen- sorarray 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. Therefore, the optical sensor 18 is to be located outside a region where the radiation 12 would enter when propagated rectilinearly. Only there can the optical sensor 18 be shielded by means of the shielding device 24 in such a way that at the same time the optical sensor 18 has the possibility of detecting the light 16 emitted by the optical converter 14. The light 16 emitted by the optical converter 14 is essentially a two-dimensional image that allows a conclusion about the spatial distribution and the spatial energy distribution of the radiation 12 in the XY plane. Accordingly, the imaging optics 20 must be able to image the light 16 emitted in an XY plane sharply on the optical sensor 18, which is arranged substantially in an XZ plane in the representation selected in FIG. As a rule, the optical sensor 18 has a two-dimensional sensor array. This would extend in the representation selected in FIG. 1 in the XZ plane and is referred to as sensor plane 26. Accordingly, an image plane into which the imaging optics 20 must sharply image the light 16 emitted by the optical converter 14 extends parallel to the sensor plane 26. The image plane is identified by the reference numeral 28. An object plane 30 of the imaging optics 20 then extends in the view shown in Fig. 1 in the X-Y plane parallel to the optical transducer 14 therethrough. Depending on the thickness D of the optical transducer 14, the object plane 30 may extend, for example, exactly through a center D / 2 of the optical transducer 14.
[0090] Die Abbildungsoptik 20 ist nun derart ausgestaltet und angeordnet, dass die Objektebene 30 scharf auf die Bildebene 28 abgebildet wird. The imaging optics 20 is now configured and arranged such that the object plane 30 is imaged sharply onto the image plane 28.
[0091] 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. In an embodiment in which the at least one optical element 22 is a refractive optical element, a sharp image of the object plane 30 can be made on the image plane 28 by the optical transducer 14, the optical sensor 18 and the imaging optics 20 and in the illustrated view, the at least one optical element 22 are arranged such that the Scheimpflug condition is met. In the simplified example illustrated in FIG. 1, the imaging optical unit 20 has a refractive optical element 22. A main plane of the optical element 22 is designated by the reference numeral 34. The Scheimpflug condition is only met exactly when the object plane 30, the image plane 28 and the main plane 34 intersect in a section axis 32.
[0092] 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 unbeeinflusst 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. In this way, it becomes possible, by means of the imaging optics 20, to image the object plane 30 sharply onto the image plane 28, although they are inclined relative to one another. This makes it possible to completely dispense with optical elements, in particular the mirror deflecting light through reflection, in a beam path of the radiation 12. A region "behind" the optical converter 14, indicated schematically by the reference numeral 33, can thus remain free. This allows a further propagation of the radiation 12 after transmission through the optical transducer 14, which is unaffected or can be influenced in a targeted manner. This makes a capture and Evaluation of the radiation 12 at a plurality of locations and at different distances from an example, by means of the radiation 12 transilluminated object or the radiation 12 emitting source possible.
[0093] Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Messsystems 43, in dem die Sensoreinrichtung 10 zum Einsatz kommen kann. FIG. 2 shows an embodiment of a measuring system 43 in which the sensor device 10 can be used.
[0094] 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. In the measuring system 43, the optical transducer 14 is arranged such that it is arranged substantially perpendicular to an incident direction 36 of the radiation 12. One of the radiation 12 facing incident surface 38 of the optical transducer 14 is thus substantially perpendicular to the direction of incidence 36 of the radiation 12. The radiation 12 is emitted by a radiation source 40. In principle, it can be provided that the radiation source 40 and the sensor device 10 are arranged in a stationary manner. However, it can also be provided that the radiation source 40 and the sensor device 10 are movable in such a way that they move absolutely but not relative to one another. In this way it is possible, for example, not to move the radiation source 40 and the sensor device 10 relative to one another, but relative to a workpiece 42 which is to be measured or checked by means of the measuring system 43. In this way, it is possible, for example, to check 42 areas of the workpiece 42 in succession for large-volume workpieces.
[0095] 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. Accordingly, the workpiece 42 is disposed between the radiation source 40 and the optical transducer 14 of the sensor device 10. In this area, a workpiece holder (not shown) may be arranged to clamp the workpiece 42, for example. Such a workpiece holder can for example also be designed such that the workpiece 42 can be rotated or moved transversely. For example, it can be provided that the workpiece 42 is arranged on a turntable.
[0096] 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 Sichtkontrolle 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. In this way, it becomes possible to check the workpiece 42 by means of the radiation 12. The workpiece 42 is penetrated by the radiation 12 and then incident on the optical transducer 14 parallel to the direction of incidence 36. The light 16 emitted by the optical transducer 14 is imaged by the imaging optics 20 on the optical sensor 18. In this way it is possible to detect and evaluate a spatial distribution and intensity after the transmission through the workpiece 42. In this way, for example, one is able to detect voids or inclusions that can not be detected in a material of the workpiece 42 by a purely visual inspection. The recognition of such errors is usually based on the fact that inclusions or cavities cause a lower or different absorption of the radiation 12 than the surrounding material. This ultimately also causes a different emission of light 16 in the corresponding spatial areas. These irregularities are then detected by means of the optical sensor 18.
[0097] 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. In the illustrated embodiment in FIG. 2, the shielding device 24 is designed and arranged such that it shields both the optical sensor 18 and the imaging optics 20 from the radiation 12. In this way it is possible to protect the imaging optics 20 from damaging influences of the radiation 12.
[0098] 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. The measuring system 43 can furthermore have a data processing device 14 and a user interface 16. By means of the data processing device 1 14, for example, the measured values detected by means of the optical sensor 18 can be read out, evaluated and output. For this purpose, the user interface 1 16 may have a suitable display device. Furthermore, the user interface 16 may include a suitable input unit that allows a user to control the measurement system 43.
[0099] 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 unbeeinflusste 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. [0100] In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Sensoreinrichtung dargestellt. Also in this way it is possible that the space 33 "behind" the optical transducer 14, that is on the incident direction 36 of the radiation 12 opposite side of the optical transducer 14, remains free. An influence on the radiation 12 or the light 16 in the space 33 thus remains off. A radiation 12 that is uninfluenced in the space 33 can be evaluated in this way at further locations or at different distances from the radiation source 40 or the workpiece 42. This will be explained in more detail below. FIG. 3 shows a further embodiment of a sensor device.
[0101] 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. In this embodiment as well, the shielding device 24 is initially designed and arranged such that it protects the optical sensor 18 and also the optical element 22, in particular the refractive optical element 22, from being influenced by the radiation 12.
[0102] 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. In the embodiment shown in FIG. 3, the imaging optics 20 also have a further optical element 46, 46 'beyond the optical element 22. The optical element 46, 46 'may, for example, be a diffractive optical element 46 or a holographic optical element 46'.
[0103] 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. It can be provided that the diffractive optical element 46 or the holographic optical element 46 'is arranged directly adjacent to the optical transducer 14. In this way it may be possible for the light 16 emitted by the optical converter 14 to already have an effect in the direction caused by a diffraction effect deliberately caused by the diffractive optical element 46 or by the interference or diffraction pattern deposited on the holographic element 46 ' of the optical sensor 18 to deflect. The beam deflections to be effected by the other optical elements of the imaging optics 20 can be reduced in this way. In principle, it is even possible that the diffractive optical element 46 or the holographic optical element 46 'are provided in isolation and already effect the necessary focusing of the object plane 30 on the image plane 28. In this case, the imaging optics 20 are thus provided only from a diffractive optical element 46 or only from a holographic optical element 46 '.
[0104] 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°. The image plane 28 and the object plane 30 enclose an angle 44 between them. In the illustrated embodiment, the angle 44 is about 90 °. In principle, however, it can be provided that the angle 44 also assumes a different value. In particular, it can be provided that the angle 44 is more than 10 °, in particular more than 20 °, in particular more than 30 °, in particular more than 45 °. For example, by selecting the angle 44 of approximately 75 °, the refraction of the light 16 to be effected by the imaging optics 20 in order to image it sharply from the object plane 30 onto the image plane 28 can be reduced. At the same time, such an angle 44 may still be sufficient to be able to shield the optical sensor 18 by means of the shielding device 24. Accordingly, an angle 45 included by the major axis 34 of the imaging optics 20 and the image plane 28 may be selected correspondingly with a different value. In particular, the angle 45 may be less than 45 °, in particular less than 30 °, in particular less than 15 °.
[0105] In der Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Sensorsystems 51 dargestellt. Das Sensorsystem 51 kann Teil des Messsystems 43 sein. FIG. 4 shows an embodiment of a sensor system 51. The sensor system 51 may be part of the measuring system 43.
[0106] 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. The sensor system 51 has more than one sensor device 10, as shown for example in the embodiments in FIGS. 1 and 3. Accordingly, in the embodiment illustrated in FIG. 1, the sensor system 51 has a total of three sensor devices 10, 48 and 50. The first sensor device is identified by the reference numeral 10, the second sensor device by the reference numeral 48 and the third sensor device by the reference numeral 50.
[0107] Gleiche Elemente der Sensoreinrichtungen 10, 48, 50 sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht erneut erläutert. Identical elements of the sensor devices 10, 48, 50 are marked with corresponding reference numerals and will not be explained again.
[0108] 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. [0109] 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. As can be seen, the optical transducers 14, 14 ', 14 "are arranged in a cascade one behind the other with respect to the main incident direction 36. In this way, it becomes possible to transmit the radiation 12 at different distances or at different locations Radiation source 40 and the workpiece 42. As will be explained in more detail below, this allows completely new possibilities of evaluation. It can be provided that the sensor system 51 has at least one filter element which is arranged between two optical transducers 14, 14 'or 14', 14 ". In the embodiment shown in FIG The first filter element 52 is disposed between the optical transducer 14 and the optical transducer 14 'A second filter element 54 is exemplarily disposed between the optical transducer 14' and the optical transducer 14 ''. The filter elements 52, 54 also extend flat in the XY plane. The filter elements 52, 54 selectively filter a certain portion of the radiation 12. This may, for example, be a specific wavelength range, if the radiation 12 is an electromagnetic radiation, for example an X-radiation.
[0110] 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. By the excitation of the radiation 12, as already explained above, for example, the optical transducer 14 is excited to emit light. This light emitted in the XY plane by the optical transducer 14 is referred to as the "first image" 56. It is imaged on the optical sensor 18 via the imaging optics 20. Accordingly, a second image 58 generated by the optical transducer 14 'is imaged onto the optical sensor 18'. At the same time, a third image 60 "emitted by the optical transducer 14" is imaged onto the optical sensor 18 ". The optical sensors 18, 18 ', 18 "can all be connected to the data processing device 1 14' (not shown in this figure), so that the information transmitted by means of the images 56, 58, 60 can be read out and evaluated.
[0111] 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 zueinander. 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. As will be explained below, the evaluation of the images 56, 58, 60 of the radiation 12 generated at different distances from the workpiece 42 makes it possible to provide improved evaluation options for the radiation 12. As will be explained in more detail below, it is possible, for example, to determine corresponding image components, for example an image component 62 of the first image 56, an image component 64 of the second image and an image component 66 of the third image 60, by means of an image correlation method. Assuming that the radiation 12 propagates isotropically, the "piercing point" of the radiation 12 can thus be determined, so to speak, through the object planes 30, 30 'and 30 ", the optical converter 14 at a first location 106 being the optical converter 14 'at a second location 108 and the optical transducer 14 "is positioned at a third location 110. The locations 106, 108 and 110 are known, which are determined by the structural design of the sensor system 51. In this respect, a difference vector 112 is also between the first location 106 and the second Location 108 and a difference vector 1 12 'between the second location 108 and the third location 110. The optical transducers 14, 14' and 14 "are aligned parallel to each other, that is, the object planes 30, 30 'and 30" are parallel to one another Thus, for example, an image correlation of the first image 56 and the second image 58 may determine an offset of the radiation 12 in the XY plane from the first image 56 to the second image 58. Further, since the difference vector 12 is known , it is possible in this way to determine a three-dimensional vector indicating a propagation direction 68 of the radiation 12.
[0112] 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. Furthermore, it may then be provided, for example, to determine the corresponding image components 64, 66 between the second optical converter 14 'and the third optical converter 14 ", and a propagation direction of the radiation 12 between the optical converter 14' and the optical converter 14 "to determine. Since the image components 62, 64, 66 correspond to one another, a redundant determination of the propagation direction 68 can be carried out in this way, for example. Likewise, it is possible to work directly with the first image 56 and the third image 60 and determine a direction of propagation between the optical transducer 14 and the optical transducer 14 ".
[0113] 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. [0114] 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. The number of individual sensor devices 10, 48, 50 in the sensor system 51 is merely an example. Of course, it is possible that further sensor devices are arranged in the sensor system 51. The optical transducers 14 can each be arranged in the described form in cascade fashion one behind the other with respect to the direction of incidence 36 of the radiation 12. In this respect, two, three, four, five, six etc. sensor devices can also be arranged one behind the other. Likewise, it is then possible not only to make image correlations between images of adjoining sensor devices, but also, for example, to correlate directly between a second image 58 and a fifth image (not shown). Any combinations are possible here. Furthermore, by means of the sensor system 51, for example, information about the energy of a specific portion of the radiation 12 can be obtained. In principle, it is to be assumed that it is known from which material the optical transducers 14, 14 'and 14 "are provided, and because of this it is also known in which context the emission of photons generated by the optical sensor 18, 18', 18 ", with which the energy emitted by the radiation 12 is transferred to the corresponding optical transducer 14, 14 ', 14" A certain number of photons detected by means of, for example, the optical sensor 18 on a specific pixel of the first image 56 are let to Energy or irradiance of the radiation 12 when passing through the optical converter 14 close at this particular pixel.
[0115] 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. When the radiation 12 passes through the optical transducer 14 or the optical transducer 14 ', 14 ", a certain radiation hardening inevitably occurs." Hardening "is to be understood as meaning that the" soft ", ie long-wave, radiation components are filtered out of the radiation 12. It can be assumed that this effect of "radiation hardening" is known for a particular optical transducer 14 depending on its particular material and its dimensions, in particular its thickness D.
[0116] 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. [0117] 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. If, for example, the energy in the images 56 and 58 is now determined, the first image 56 not only shows how the energy distribution of the radiation 12 is in the first image 56, but also the energy distribution within the image Radiation 12 from the image 58 can be determined, which hits the optical converter 14 '. Since a radiation hardening or filtering of the radiation value has already occurred in the optical converter 14, a corresponding evaluation of the second image 58 for an energy distribution will yield different results than that of the first image 56. From these differences in the energy distribution in the images 58, 56 and the knowledge about the portion of the radiation 12 filtered out during the transmission by the optical converter 14, it is thus possible to make a statement about its energy and energy distribution for precisely this filtered-out portion of the radiation 12. In particular, this makes it possible to filter out specific portions of the radiation 12 specifically by means of the filter elements 52, 54 between two optical transducers 14, 14 'or 14', 14 "and to determine the effects on the energy distribution in the images 58 and Thus, a statement about energy distributions of certain radiation components can be made on the basis of this difference analysis.
[0118] 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. Finally, due to the assumption of isotropic propagation of the radiation 12 along the propagation direction 68 without refractive effects, it is possible to project a particular point of an image 56, 58, 60 back onto the workpiece 42 knowing the direction of propagation 68. Thus, it can be determined exactly along which path an image component, for example an image component 62, 64, 66, has generated radiation through the workpiece 42. By knowing the radiation 12 originally emitted by the radiation source 40 and the energy distribution in the images 56, 58, 60, it is thus possible to make a statement as to which portions of the radiation 12 were absorbed by the workpiece 42. In particular, it is also possible to make a statement for certain radiation components. In this respect, it is possible, for example, to specifically indicate the local absorption coefficient of the workpiece 42 for a specific region of a workpiece 42.
[0119] In der Fig. 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zur Bestimmung einer Propagationsrichtung 68 einer Strahlung 12 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet. FIG. 5 schematically shows a schematic flow diagram for determining a propagation direction 68 of a radiation 12 and denoted by the reference numeral 70.
[0120] 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. [0121] 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. The method begins with step 72. In a step 74, first of all a sensor system 51 is to be provided which has at least two sensor devices 10. Furthermore, at least the difference vector 1 12 between the first location 106 of the optical converter 14 of the first sensor device 10 and the second location 108 of the optical converter 14 of the at least one further second sensor device 48 or 50 is known. In a step 76, the first image 56 of the optical transducer 14 of the first sensor device 10 is then detected by means of the optical sensor 18 of the first sensor device 10.
[0122] 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. In a step 78, the second image 58 of the optical converter 14 'of the at least one second sensor device 48, 50 is detected by means of the optical sensor 18' or 18 "of the at least one second sensor device 48, 50.
[0123] 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. The steps 76 and 78 can basically be carried out consecutively. However, it is also possible that steps 76 and 78 are performed substantially simultaneously or simultaneously.
[0124] 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. In a step 80, a correlation result is then determined by correlating the first image 56 and the second image 58, 60. Such image correlation methods have already been proposed in the prior art. These image correlation methods make it possible to determine the mutually corresponding image portions 62, 64, 66 in the images 56, 58, 60.
[0125] 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. In a step 82, the propagation direction 68 of the radiation 12 is then determined from the at least one difference vector 1 12, 1 12 'and the correlation result determined in step 80.
[0126] Das Verfahren kann dann in dem Schritt 84 enden. The method may then end in step 84.
[0127] 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. Furthermore, it is further possible that in a further step 86, provided that the first location 106 and the second location 108 are known, a back projection of at least the first image 56 along the determined propagation direction 68 onto the workpiece 42 he follows. In this way, a path on which the radiation 12 has passed through the workpiece 42 can be determined.
[0128] Darüber hinaus ist es dann in einem weiteren Schritt 88 möglich, dass ein Absorptionskoeffizient des Werkstücks 42 unter Kenntnis der die Strahlung 12 emittie- renden 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. Moreover, in a further step 88, it is then possible for an absorption coefficient of the workpiece 42 to be detected with knowledge of the radiation 12 emitted. radiating source 40 is determined based on at least the first image 56. Since the energy distribution of the radiation 12 can be determined in the first image 56 and, furthermore, the path of the radiation 12 through the workpiece 42 can be determined by the proposed rear projection, it is then possible for this passage through the workpiece 42 to show the absorption capacity under consideration of the energy distribution in the first image 56 compared to the values of the radiation 12 originally emitted by the radiation source 40.
[0129] Letztlich kann das Verfahren dann wiederum in einem Schritt 84 enden. Finally, the method can then end in a step 84 again.
[0130] In der Fig. 6 ist des Weiteren schematisch ein Verfahren dargestellt, mit dem eine Energieverteilung innerhalb der Strahlung 12 bestimmt werden kann. FIG. 6 further schematically illustrates a method with which an energy distribution within the radiation 12 can be determined.
[0131] 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. This method begins in a step 92. In a step 94, the sensor system 51 is provided, wherein the sensor system 51 has at least two sensor devices 10 or 48, 50. A portion of the radiation filtered out by the optical transducer 14 of the first sensor device 10 as far as the respective optical transducer 14 'or 14 "of the at least one second sensor device 48, 50 is known, wherein the radiation can be detected both by an inevitably occurring radiation hardening in an optical radiation However, it can also be provided that an additional filter element 52 or 54 is provided, with which a certain portion of the radiation 12 is specifically filtered out.
[0132] 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. In a step 96, the first image 56 of the optical transducer 14 of the first sensor device 10 is then detected by means of the optical sensor 18 of the first sensor device 10.
[0133] 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. In a step 98, the second image 58 or 60 of the optical transducer 14 'or 14 "of the at least one second sensor device 48, 50 is detected by means of the optical sensor 18', 18" of the at least one second sensor device 48, 50 , Consequently, both the second sensor device 48 and the third sensor device 50 can be understood by the "at least one second sensor device". Accordingly, both the second image 58 and the third image 60 can be understood by the "second image".
[0134] 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. In a step 100, a difference image is then determined from the first image 56 and the second image 58 or 60, in particular, for example, rescaled via a correlation. Thus, differences in energy distribution between the first image 56 and the second image 58, 60 can be determined.
[0135] 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. In a step 102, it is thus possible to determine energy of the proportion of the radiation 12 filtered out from the optical converter 14 of the first sensor device 10 to the optical converter 14 "of the at least one second sensor device 48, 50 by means of the differential image is performed in a step 102. The method then ends in a step 104.
[0136] 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. By combining the methods 70 and 90, it is possible to determine the absorption capacity of the workpiece 42, which is resolved according to radiation components or spectrally as well as spatially. In this case, the method 70 and the method 90 can be carried out, the step 100 of determining the reference image being carried out for correlating image portions 62, 64, 66 of the first image 56 and of the second images 58 and 60, respectively.

Claims

Patentansprüche Verfahren (70) zur Bestimmung einer Propagationsrichtung (68) einer Strahlung (12), mit den folgenden Schritten: Method (70) for determining a propagation direction (68) of a radiation (12), comprising the following steps:
- Bereitstellen (74) eines Sensorsystem (51 ) mit einer ersten Sensoreinrichtung (10), wobei die erste Sensoreinrichtung (10) einen ersten optischen Sensor (18) zum Erfassen von Licht (16) in einem ersten Wellenlängenbereich, und einen ersten optischen Wandler (14) aufweist, der abhängig von der auf den ersten optischen Wandler (14) einfallenden Strahlung (12) Licht (16) in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung (48, 50), wobei die zweite Sensoreinrichtung (48, 50) einen zweiten optischen Sensor (18', 18") zum Erfassen von Licht (16) in einem zweiten Wellenlängenbereich, und einen zweiten optischen Wandler (14', 14") aufweist, der abhängig von der auf den zweiten optischen Wandler (14', 14") einfallenden Strahlung (12) Licht (16) in dem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, 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, wobei zumindest ein Differenzvektor (1 12, 1 12') zwischen einem ersten Ort (106) des ersten optischen Wandlers (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) und einem zweiten Ort (108) des zweiten optischen Wandlers (14) der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) bekannt ist, Providing (74) a sensor system (51) with a first sensor device (10), the first sensor device (10) having a first optical sensor (18) for detecting light (16) in a first wavelength range, and a first optical converter ( 14) which emits light (16) in the first wavelength range as a function of the radiation (12) incident on the first optical transducer (14) and at least one second sensor device (48, 50), the second sensor device (48, 50 ) comprises a second optical sensor (18 ', 18 ") for detecting light (16) in a second wavelength range, and a second optical transducer (14', 14") which depends on the second optical transducer (14 '). , 14 ") incident light (12) emits light (16) in the second wavelength range, the optical transducer (14) of the first sensor device (10) and the optical transducer (14 ', 14") of the at least one second sensor device (48 , 50) with respect to an incident direction (36) of the radiation (12) are arranged one behind the other, wherein at least one difference vector (1 12, 1 12 ') between a first location (106) of the first optical transducer (14) of the first sensor device (10) and a second Location (108) of the second optical converter (14) of the at least one second sensor device (48, 50) is known,
- Erfassen (76) eines ersten Bildes (56) des ersten optischen Wandlers (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) mittels des ersten optischen Sensors (18) der ersten Sensoreinrichtung (10), Detecting (76) a first image (56) of the first optical transducer (14) of the first sensor device (10) by means of the first optical sensor (18) of the first sensor device (10),
- Erfassen (78) eines zweiten Bildes (58, 60) des zweiten optischen Wandlers (14', 14") einer der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) mittels des zweiten optischen Sensors (18', 18") der einen der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50), Detecting (78) a second image (58, 60) of the second optical converter (14 ', 14 ") of one of the at least one second sensor device (48, 50) by means of the second optical sensor (18 ', 18 ") of the at least one second sensor device (48, 50),
- Ermitteln (80) eines Korrelationsergebnisses durch Korrelieren des ersten Bildes (56) und des zweiten Bildes (58, 60), und - determining (80) a correlation result by correlating the first image (56) and the second image (58, 60), and
- Bestimmen (82) der Propagationsrichtung (68) der Strahlung (12) aus dem zumindest einen Differenzvektor (1 12, 1 12') und dem Korrelationsergebnis. - Determining (82) the propagation direction (68) of the radiation (12) from the at least one difference vector (1 12, 1 12 ') and the correlation result.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ort (106) und der zweite Ort (108) bekannt sind, und in einem weiteren Schritt (86) eine Rückprojektion zumindest des ersten Bildes (56) entlang der bestimmten Propagationsrichtung (68) auf ein Werkstück (42) erfolgt, das von der Strahlung (12) durchdrungen wurde. 2. Method according to claim 1, characterized in that the first location (106) and the second location (108) are known, and in a further step (86) a backprojection of at least the first image (56) along the determined propagation direction (68 ) on a workpiece (42) which has been penetrated by the radiation (12).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt (88) ein Absorptionsvermögen des Werkstücks (42) unter Kenntnis einer die Strahlung (12) emittierenden Strahlungsquelle (40) anhand zumindest des ersten Bildes (56) bestimmt wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that in a further step (88) an absorption capacity of the workpiece (42) with knowledge of the radiation (12) emitting radiation source (40) is determined based on at least the first image (56).
4. Verfahren (90) zur Bestimmung einer Energieverteilung innerhalb einer Strahlung (12), mit den folgenden Schritten: 4. Method (90) for determining an energy distribution within a radiation (12), comprising the following steps:
- Bereitstellen (94) eines Sensorsystem (51 ) mit einer ersten Sensoreinrichtung (10), wobei die erste Sensoreinrichtung (10) einen ersten optischen Sensor (18) zum Erfassen von Licht (16) in einem ersten Wellenlängenbereich, und einen ersten optischen Wandler (14) aufweist, der abhängig von der auf den optischen Wandler (14) einfallenden Strahlung (12) Licht (16) in dem ersten Wellenlängenbereich emittiert, und mindestens einer zweiten Sensoreinrichtung (48, 50), wobei die zweite Sensoreinrichtung (48, 50) einen zweiten optischen Sensor (18', 18") zum Erfassen von Licht (16) in einem zweiten Wellenlängenbereich, und einen zweiten optischen Wandler (14', 14") aufweist, der abhängig von der auf den zweiten optischen Wandler (14', 14") einfallenden Strahlung (12) Licht (16) in dem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, wobei der erste optische Wandler (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) und der zweite optische Wandler (14', 14") der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) bezüglich einer Einfallsrichtung (36) der Strahlung (12) hintereinander angeordnet sind, wobei ein Anteil der von dem ersten optischen Wandler (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) bis zu dem jeweiligen zweiten optischen Wandler (14', 14") der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) herausgefilterten Strahlung (12) bekannt ist, - providing (94) a sensor system (51) with a first sensor device (10), wherein the first sensor device (10) comprises a first optical sensor (18) for detecting light (16) in a first wavelength range, and a first optical transducer ( 14) which emits light (16) in the first wavelength range as a function of the radiation (12) incident on the optical transducer (14), and at least one second sensor device (48, 50), wherein the second sensor device (48, 50) a second optical sensor (18 ', 18 ") for detecting light (16) in a second wavelength range, and a second optical transducer (14 ', 14 ") emitting light (16) in the second wavelength range depending on the radiation (12) incident on the second optical transducer (14', 14"), the first optical transducer (14) of the first Sensor means (10) and the second optical transducer (14 ', 14 ") of the at least one second sensor means (48, 50) with respect to an incident direction (36) of the radiation (12) are arranged one behind the other, wherein a portion of the first optical transducer (14) of the first sensor device (10) up to the respective second optical transducer (14 ', 14 ") of the at least one second sensor device (48, 50) filtered out radiation (12) is known,
- Erfassen (96) eines ersten Bildes (56) des ersten optischen Wandlers (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) mittels des ersten optischen Sensors (18) der ersten Sensoreinrichtung (10), Detecting (96) a first image (56) of the first optical transducer (14) of the first sensor device (10) by means of the first optical sensor (18) of the first sensor device (10),
- Erfassen (98) eines zweiten Bildes (58, 60) des zweiten optischen Wandlers (14', 14") der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) mittels des zweiten optischen Sensors (18', 18") der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50), Detecting (98) a second image (58, 60) of the second optical transducer (14 ', 14 ") of the at least one second sensor device (48, 50) by means of the second optical sensor (18', 18") of the at least one second optical sensor Sensor device (48, 50),
- Ermitteln (100) eines Differenzbildes aus dem ersten Bild (56) und dem zweiten Bild (58, 60), und - determining (100) a difference image from the first image (56) and the second image (58, 60), and
- Bestimmen (102) einer Energie des Anteils der von dem ersten optischen Wandler (14) der ersten Sensoreinrichtung (10) bis zu dem optischen Wandler (14', 14") der mindestens einen zweiten Sensoreinrichtung (48, 50) herausgefilterten Strahlung (12) mittels des Differenzbildes. Determining (102) an energy of the portion of the radiation (12, 12) filtered out from the first optical transducer (14) of the first sensor device (10) to the optical transducer (14 ', 14 ") of the at least one second sensor device (48, 50) ) by means of the difference image.
5. Verfahren zur Bestimmung eines spektral und örtlich aufgelösten Absorptionsvermögens eines Werkstücks (42), wobei das Verfahren (70) nach Anspruch 1 ausgeführt wird, und dass das Verfahren (90) nach Anspruch 4 ausgeführt wird, wobei der Schritt (100) des Ermitteins des Differenzbildes für jeweils korrelierende Bild- anteile (62, 64, 66) des ersten Bildes (56) und des zweiten Bildes (58, 60) durchgeführt wird. A method for determining a spectrally and locally resolved absorbance of a workpiece (42), wherein the method (70) of claim 1 is performed, and wherein the method (90) of claim 4 is performed, wherein the step (100) of determining of the difference image for each correlating image portions (62, 64, 66) of the first image (56) and the second image (58, 60).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sensoreinrichtung (10, 48, 50) des Sensorsystems (51 ) des Weiteren eine Abbildungsoptik (20) zum Abbilden des von dem jeweiligen optischen Wandler (14, 14', 14") emittierten Lichts (16) auf den jeweiligen optischen Sensor (18, 18', 18") aufweist, wobei die Abbildungsoptik (20) mindestens ein optisches Element (22, 46) aufweist, und eine Abschirmungseinrichtung (24) zum Abschirmen des optischen Sensors (18, 18', 18") von der Strahlung (12) aufweist. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that each sensor device (10, 48, 50) of the sensor system (51) further comprises an imaging optics (20) for imaging of the respective optical transducer (14, 14 ', 14 ") emitted light (16) on the respective optical sensor (18, 18 ', 18"), wherein the imaging optics (20) at least one optical element (22, 46), and a shielding means (24) for shielding the optical sensor (18, 18 ', 18 ") of the radiation (12).
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