DE102015008272A1

DE102015008272A1 - Schlitzblendensystem für bildgebende Verfahren mit harter Strahlung

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Publication number: DE102015008272A1
Application number: DE102015008272.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-12-22

Abstract

1. Die Bilderzeugung mit harten, hochenergetischen Strahlen stellt eine grundsätzliche Herausforderung aufgrund ihrer penetrierenden Eigenschaft dar. Anders als in optischen Systemen für sichtbares Licht müssen gezielt Einzelstrahlen ihrer Richtung nach ausgeblendet werden, um dann damit eine Abbildung zusammenzusetzen. Hierzu wird ein Blendensystem vorgestellt, das mit einer Kernkomponente in ständiger Rotation einen Strahl so lenkt, dass damit eine Bildfläche abgetastet werden kann. Ein System kann beispielsweise mehr als nur einen Detektor enthalten, um mehrere Strahlen gleichzeitig auszublenden. Die Effizienz der Bilderzeugung wird damit, durch verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten eines Detektors und durch eine wirkungsvolle, auf einfache Prinzipien beruhende Kontrollsteuerung verbessert. 2. Es werden hier die Merkmale einer zylindrisch geformten Blende (200) mit einem Schlitz beschrieben, der in seiner Gestaltung einer Regelfläche folgt. Bei einer Drehung um die Längsachse werden nacheinander Strahlen durch die Blende gelassen, die auf einen Brennpunkt gerichtet sind, in dem sich eine Strahlenquelle für eine gezielte Bestrahlung oder an dem sich ein Detektor zur Strahlenregistrierung befinden kann. Es werden mehrere Gestaltungsmöglichkeiten eines solchen Detektors vorgeschlagen. Die Position des Brennpunktes kann reell oder virtuell verändert werden, um somit den ausgeblendeten Strahl so zu lenken, dass damit nicht nur eine Strecke, sondern eine geschlossene Fläche abgetastet werden kann. 3. Da hochenergetische Strahlung sowohl von vorhandenen radioaktiven Isotopen ausgeht als auch für den zerstörungsfreien Einblick in Objekte benutzt wird, ergibt sich eine Fülle von Anwendungsfeldern. Diese erstrecken sich über zerstörungsfreie Prüfverfahren, die Medizin, die Kerntechnik, den Schutz der öffentlichen Sicherheit und den Strahlenschutz in der Umwelt, überall dort, wo Strahler identifiziert, lokalisiert und abgebildet oder nachverfolgt werden sollen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blende für die Bildgebung mit harten, sprich hochenergetischen und somit stark penetrierenden Strahlen, für die es keine Optiken gibt, die mit denjenigen für das sichtbare Licht vergleichbar wären. Deswegen wird hier ein Weg beschritten, aus einem Gemenge einer Strahlung in alle Richtungen einzelne gerichtete Strahlen heraus zu blenden, und zwar in einer geordneten Reihenfolge, um sich danach ein Bild von einem strahlenden Objekt zusammensetzen zu können. So ein Objekt kann aus einem aktiv strahlenden Körper bestehen, d. h. radioaktive Isotope enthaltend, oder um einen passiven, der durch eine externe Strahlung angeregt wurde. Bei dieser Anregung kann es sich entweder um aktivierende Strahlung wie z. B. Neutronen handeln, oder auch um zurück gestreute Röntgenstrahlung, insbesondere der Compton-Streustrahlung. Ein spezieller Fall ist die Nachverfolgung radioaktiver Markierungen in Objekten, deren Lokalisation nach Verteilungsprozessen wie z. B. nach einer Verabreichung oder Inkorporation radioaktiver Isotope festzustellen ist. Somit werden sehr unterschiedliche Anwendungsbereiche angesprochen, allgemein von der Radiologie über den Strahlenschutz bis zur Medizin und Forschung.
Hier wird eine Blende in Zylinderform (200) beschrieben, durch die mindestens ein Schlitz verläuft, der nach einer hier beschriebenen Regelfläche geformt ist (100). Sie ist um die Längsachse z des Zylinders drehbar gelagert und dient zur Ausblendung eines Einzel- oder Nadelstrahles (30) einer hochenergetischen Strahlung in Richtung eines festen Punktes F, im weiteren Verlauf Brennpunkt genannt, zu dem Zweck, einen strahlenden Gegenstand abzubilden. Hiermit lässt sich ein Strahlenfächer (50) abstreichen, der geometrisch vom Brennpunkt F ausgeht und durch die Zentralachse z des Zylinders läuft, und zwar genau einmal innerhalb einer Umdrehung der zylindrischen Blende (200). In einem bildgebenden Verfahren kann somit eine Strecke abgebildet werden, die in diesem Fächer vor dem Blendenkörper liegt.
Vorrichtungen zur gesteuerten Ausblendung von hochenergetischen Einzelstrahlen zur Erzeugung einer Abbildung einerseits und von Nadelstrahlen zur gezielten Einstrahlung in Objekte andererseits, wonach die darin entstandene Streustrahlung gemessen wird, sind verschiedentlich beschrieben worden. Viele davon betreffen die Steuerung eines Nadelstrahles zur Abtastung eines Objektes, um dann aus der zurückgeworfenen Strahlung (z. B. Compton-Rückstrahlung) ein Bild von dessen Inneren zu erhalten. Dies ist natürlich nur in einer Tiefe möglich, bis wohin dieser Strahl vorzudringen vermag.
Für das richtungsgesteuerte Aussenden gibt es unterschiedliche Einrichtungen an Röntgenröhren, um damit Compton-Rückstreubilder zu erzeugen. Jeder einzelne Bildpunkt wird über die Richtung des ausgesendeten Strahles bestimmt. Etablierte Verfahren nutzen dazu Lochkollimatoren, wobei das mit dem Gesamtgerät ein Bild Punkt für Punkt in einem Raster abgetastet wird (Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A280 (1989), 517–528, Applied Radiation and Isotopes 68 (2010), 993–1005) oder der Nadelstrahl von einem sich drehenden Ring von Kollimator um eine Strahlenquelle, z. B. eine Röntgenröhre, ausgeblendet wird ( US 5,764,683 ).
Eine andere Art, einen Nadelstrahl auszublenden, nutzt einen Hohlzylinder mit einer eingeschnittenen Spirale in Kombination von weiteren Hilfsblenden, beschrieben in US 5 493 596 . Kürzlich wurde auch für diesen Zweck auch eine massive zylindrische Blende in den Patentschriften US 2014/0010351 und PCT WO 2014/008275 vorgestellt, die einen durchgehenden Schlitz besitzt, dessen Form von einer hyperbolisch paraboloiden Fläche abgeleitet ist. Die Steuerung des Strahles wird hierin nicht weiter spezifiziert. Anzumerken ist hierzu, dass eine massive zylindrische Blendenform schon in DE 10 2005 048 519 , in EP 1 772 874 , in DE 10 2007 057 261 und in EP 2 062 705 vorgeschlagen, in Future Security 4th Security Research Conference Karlsruhe, Fraunhofer Verlag, 2009, 441–447 vorgestellt, und eine hyperbolisch paraboloide Regelfläche für eine Schlitzblende bereits in EP 2 482 288 beschrieben wurde. Bei den erwähnten zylinderförmigen Blenden erscheint offensichtlich, dass nur eine halbe Umdrehung zur Ausblendung eines Nadelstrahles genutzt werden kann. Dies bedeutet aber für den Betrieb, dass sie entweder hin und her bewegt werden müssen oder bei einer ständigen Rotation eine halbe Periode ständig ungenutzt bleibt. Das Ausblenden eines Nadelstrahls zur Einstrahlung hat aber seine Grenzen immer dort, wo der eindringende Strahl durch stark absorbierende Bestandteile des Objektes geblockt wird oder eine starke Rückstreuung im Vordergrund die Streustrahlen von dahinter liegenden Teilen überstrahlt.
Um den Nachteil der Compton-Rückstreutechnik, dass tiefer liegende streuende Teile von stärker streuenden davor überstrahlt werden, wurde ein Weg beschritten, die Strahlenquelle von der eigentlichen Bilderzeugung zu trennen. Dies erfordert eine Einrichtung mit einem bildgebenden Detektor, der mit einer entsprechenden Blende ausgerüstet sein muss. Eine solche Kamera für harte Strahlung wurde mit einem Kollimator mit einer Matrix von Löchern verwirklicht, beschrieben z. B. in US 2007/0029491 , oder einem mit durchgehenden Schlitz, welche nach dem Prinzip einer Lochkamera trotz einer mehrere Zentimeter dicken Blende. Beschrieben wurde sie in den Patentschriften DE 10 2005 029 674 und PCT WO 2006/136545 , in erweiterter Form in DE 10 2009 021 750 und in PCT WO 2010/130668 . Das Funktionieren einer Kamera, die mit einer solchen Blende ausgestattet ist, wurde mehrfach experimentell bestätigt worden, z. B. in 18th World Conference of Non Destructive Testing, 16–20 April 2012, Durban, South Africa, http://www.ndt.net/article/wcndt2012/papers/282_wcndtfinal00282.pdf, in Journal of Instrumentation JINST 8 P09017. doi:10.1088/1748-0221/8/09/P09017 (2013), in NDT & E international 70 (2015), S. 41–52 bzw. in 11th European Conference an Non-Destructive Testing (ECNDT 2014), October 6 10, 2014, Prague, Czech Republic, http://www.ndt.net/events/ECNDT2014/app/content/Paper/151_Wrobel.pdf. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass mit diesem Verfahren nur schmale, begrenzte Flächen wiedergeben lassen. Außerdem erfordern sie höchst empfindliche Matrixdetektoren mit einer möglichst feinen Ortsauflösung, was bei Strahlungen mit höheren Energien wie z. B. >500 keV als sie hierbei auftreten Probleme bereitet.
Ursprünglich war eine Kamera nach der zuvor beschriebenen Art mit einem Schlitz primär nicht für die Compton-Rückstreuradiographie gedacht, sondern um die Gestalt hochenergetischer Strahlenquellen abzubilden. Deshalb war die Blende auch mit einer Wanddicke von mehreren Zentimetern ausgelegt. Einen anderen Weg, strahlende Objekte abzubilden, wurde in der Astronomie beschritten, nämlich mit kodierten Blenden, wie sie in Space Science Reviews (ISSN 0038-6308) 45 (1987), S. 349–403 beschrieben sind. Dabei kommt man aber zu den endgültigen Abbildungen erst durch eine Dekonvolutionsrechnung, die mit den punktförmigen Strahlenquellen in diesem Zusammenhang offensichtlich gut funktioniert. Dies ist dann aber auf flächige und wesentlich strukturärmere Objekte nicht so ohne weiteres übertragbar.
Für bildgebende Verfahren mit hochenergetischen Strahlen, gekennzeichnet durch ihre starke Durchdringungsfähigkeit durch die meisten gängigen Materialien, ergeben sich zusammengefasst folgende methodische Ansätze: 1) mechanisches Verfahren eines abgeschirmten Punktdetektors mit einer Lochblende, 2) dickwandige Matrixblenden bestehend aus nebeneinander angeordneten Lochkanälen (z. B. Soller-Blenden) mit einer damit eingeschränkten Ortsauflösung, 3) rotierende Schlitzblenden zur Ausrichtung eines anregenden Strahles mit der speziellen Anwendung Röntgenrückstreuradiographie mit Strahlungsenergien deutlich unter 450 keV, meist nur um 200 keV, 4) stationäre Schlitzblenden ohne mechanisch bewegte Teile, die bisher nur in diesem Bereich erprobt wurden, für die es aber für sehr hoch energetische Strahlung, z. B. im Bereich von 1 MeV, noch keine praktikablen Detektoren gibt und 5) kodierte Blenden, die sich nur für stark strukturierte Muster bestehend aus punktförmigen Quellen in einer strahlungsarmen Umgebung geeignet erscheinen, wie sie im Bereich der Radioastronomie vorkommen.
Um aber gerichtete Einzelstrahlen mit hohen Energien z. B. über 500 keV messtechnisch zu erfassen, was auch eine hohe Empfindlichkeit für die damit verbundene geringe Strahlendosis erfordert, sind Detektoren mit einem strahlenumwandelnden Volumen nötig, das ausreicht, die zu messende Strahlung auch zu absorbieren. Dies läuft einer Anforderung an Matrixdetektoren mit einer möglichst hohen Bildauflösung und damit verbundenen kleinen Absorptionsvolumina zuwider. Wenn Kameras zur Abbildung von strahlenden Objekten eingesetzt werden sollen, ist auch auf eine hinreichende Abschirmung des Gesamtgerätes zu achten, womit der Gesamtgröße aufgrund des zu erwartenden Gewichtes für eine praktische Handhabung Grenzen gesetzt sind. Es ist in einigen Anwendungen mit einer strahlungsintensiven Umgebung zu rechnen, womit vielfache Störeinflüsse auf die Bildaufnahme in der Kamera nahe liegen. Dies gilt auch und besonders bei passiv angeregter Strahlung wie bei der Röntgenrückstreuradiographie, da sich die Kamera zwangsläufig in der Nähe einer starken Strahlenquelle befindet und die zu registrierende Streustrahlung nur einen kleinen Bruchteil der insgesamt im Raum vorhandene Gesamtstrahlung ausmacht. Deshalb wurde nach Alternativen für bildgebende Verfahren mit hochenergetischen Strahlen gesucht.
Hier wird eine Lösung vorgeschlagen, die aus einem Blendensystem mit einer rotierenden Schlitzblende im Zentrum besteht, das Strahlen richtungsgesteuert auf einen Punkt lenkt, dem Brennpunkt F, an dem sich entweder eine Strahlenquelle befindet, von der aus gelenkt Nadelstrahlen gezielt in die Umgebung ausgesendet werden können, oder ein Detektorsystem für eintreffende Einzelstrahlen, deren Einfallsrichtung mit diesem System kontrolliert wird. Der Strahlung aufnehmende Teil des Detektors muss sich nicht notwendigerweise am Brennpunkt F befinden, sondern kann sich entlang der möglichen Strahlenverläufe erstrecken, sogar an andere Stellen im Strahlengang aller möglichen Einstellungen des Blendensystems angeordnet werden. Somit kann der Strahlenempfängers in einer Länge gestaltet werden, die es erlaubt, auch sehr hochenergetische und damit stark penetrierende Strahlung effektiv zu erfassen.
Soweit es sich um einen Szintillator handelt, können um ihn herum mehrere Photovervielfacher angeordnet werden, die mit einer Koinzidenzschaltung zur Rauschunterdrückung miteinander verschaltet sein können. So eine Anordnung ist in einem Matrixdetektor nicht möglich. Die Steuerung der Einfallsrichtung und damit die Lage der Bildpunkte wird vollständig vom Blendensystem übernommen, so dass der eigentliche Detektor ortsfest im Gerät verankert sein kann. Anders gesehen, man hat damit einen hochempfindlichen Detektor für einen einzelnen Punkt, ohne ihn hin und her fahren zu müssen. Das Gesamtgerät kann ein strahlendes Objekt über eine geschlossene Fläche aufnehmen, ohne bewegt zu werden. Die Bildauflösung wird über die Spaltenbreiten im Blendensystem bestimmt, wobei aber mit kleiner werdenden Bildpunkten auch die einfallende Dosis sich verringert. Strahlenempfindlichkeit und Bildauflösung sind einander abzuwägen. Ausschlaggebend ist aber die Strahlenempfindlichkeit bei hohen Energien, die eben nur durch ein entsprechend großes Absorptionsvolumen im Detektor effektiv erreichbar ist.
Das Kernstück der Erfindung ist ein Kollimator in Zylinderform (200), der um die Zentralachse drehbar montiert ist. In ihm befindet sich ein schraubenartig gedrehter Schlitz für den Durchlass der Strahlung, der sich mit einer geradlinigen oder Regelfläche darstellen lässt. Eine solche Fläche wird dadurch definiert, dass durch jeden Punkt darauf eine Gerade darüber verläuft. Diese Form ist zwingend notwendig, da durch jeden Punkt in der Schlitzfläche ein Strahl durch den Blendenkörper hindurch treten muss, d. h., auf einer Gerade liegen muss. Das Zustandekommen der Regelflächenform ist in 1 und und 2 erklärt. Numerisch berechnete Beispielformen sind in 3 maßstabsgetreu gezeigt. Zur Beschreibung des Aufbaus und der Funktion dieser Blende wird ein dreidimensionales Koordinatensystem mit dem Ursprung im Zentrum des Zylinders (200) und den Achsen x, y und z.
Zunächst wird von einer gleichschenkligen Trapezfläche (80) als Ausgangsform ausgegangen, die durch die Zentralachse des Zylinderkörpers (200) mit dem Durchmesser a verläuft, von der seitlichen Zylinderoberfläche und von dem Fächer (50) begrenzt wird, der vom orthogonal seitlich liegenden Brennpunkt F im Abstand b links von er Flächenmitte, hier vom Ursprung ausgeht. Bei dieser Fläche fallen alle Strahlen, die die durch jeden beliebigen Punkt P (x|z) auf der Fächerfläche laufen, auf den Brennpunkt F. Das bedeutet auch, dass alle Strahlen mit dem Einfalls- oder Austrittswinkel β durch die Trapezfläche (80) gehen, d. h. im Öffnungswinkels ±γ den Brennpunkt F treffen.
Dies ändert sich aber, wenn die Trapezfläche (80) schraubenartig verdreht wird, wie es im rechten Teil der 1 dargestellt ist. Dadurch entsteht die Regelfläche (100), die dann den Verlauf des Schlitzes im zylindrischen Blendenkörper (200) für den Strahlendurchlass (115) bestimmt. Der Vorgang dieser Torsion lässt sich in der 2 nachvollziehen, in der ausgewählte Punkte des Trapezes (80) markiert sind, um deren Bewegung bei dieser Flächenumwandlung nachzuvollziehen. Die mit Rauten gekennzeichneten Eckpunkte (91) in Richtung zum Brennpunkt F kommen auf der abgewandten Seite zu liegen. Nur der zentrale Punkt auf der x-Achse bleibt liegen. Umgekehrt wandern die als Kreise dargestellten Eckpunkte (92) auf der langen Seite des Trapezes (80) zum Brennpunkt F hin. Diese Formveränderung ist im unteren Teil der 2 zusätzlich in einer Aufsicht gezeigt, um die Wanderungen der äußeren Eckpunkte nachvollziehen zu können. Darüber hinaus ist das Ergebnis auf der rechten Seite um 90° nach links gedreht. Alle ausgefüllten Symbole liegen auf der dem Betrachter zugewandten Seite, die leeren auf der abgewandten. Nach dieser Torsion liegt nur noch eine bestimmte Schar von Punkten zwischen den früheren Außenkanten (81) und (82) in der Flucht zum Brennpunkt F. Sie liegen gemeinsam auf einem Strahl (30), der mit der x-Achse des hier gewählten Koordinatensystems den Winkel β bildet.
Eine Eigenschaft der Torsion ist, dass jeder Punkt P(x|z) des Trapezes (80) um einen Winkel α um die z-Achse verdreht wird, der vom Ordinatenwert z abhängt. Es kommt also eine dritte Dimension y hinzu, wobei diese aber auch mit der Abszisse x zusammenhängt. Bei dieser Drehung soll der ursprüngliche Abzissenwert x beibehalten werden, was mit der Zuweisung dieses Wertes an eine neue Variable u erreicht wird. Nach der Torsion kann also der Punkt P (x|y|z) auf der neu entstandenen Fläche (100) auch mit der Variablen u und dem Torsionswinkel α beschrieben werden als P (u·cosα|u·sinα|z), wobei u innerhalb des Zylinders den Wertebereich von –a/2 bis a/2 durchläuft. Aus der Trapezfigur (80) wird ersichtlich, dass der z-Wert vom Steigungswinkel β des zugehörigen Strahles vom Brennpunkt F abhängt, und zwar mit folgender Beziehung im genannten Wertebereich für u: z(u, β) = (b + u)·tanβ
Da diese Funktion erst einmal auf die Fläche des Trapezes (80) beschränkt ist, wird der Verlauf des Steigungswinkel β nach –h/2b ≤ tanβ ≤ h/2b begrenzt, wobei h die mittlere Ausdehnung des Trapezes (80) auf der z-Achse ist. Dies ist gleichbedeutend mit dem Bewegungsbereich des Winkels β im Fächer ±γ (50). Die Änderung der Steigung β lässt sich nunmehr einfach mit dem Torsionswinkel α korrelieren, indem man für ihn auch Grenzwerte ±ε einführt, womit die oben genannte Gleichung überführt werden kann in: z(u, α) = (b + u)·tan(α·arctan(h/2b)/ε)
Hiermit kann jeder Punkt P mit nur zwei Variablen beschrieben werden als P(u·cosα|u·sinα|z(u, α)), nämlich mit dem Abszissenwert u und den Torsionswinkel α.
Die Regelfläche (100) ist hinreichend mit den Werten für den Zylinderdurchmesser a, der mittleren Ausdehnung h, mit b für die Entfernung des Brennpunktes F und mit ±ε, womit der Bereich für den Torsionswinkel α abgegrenzt wird, charakterisiert. Zu ergänzen ist, dass bei der Torsion von |α| ≥ 90° ein zweiter Strahl (116) von außen die zylindrische Blende (200) zur Seite des Brennpunktes F durchläuft, ihn aber nicht trifft, sondern von ihm wegweist (s. 2). Bei einer angemessenen Abschirmung schadet er damit nicht die Bilderzeugung. Weiterhin wird aus den Zeichnungen 1 und 2 deutlich, dass der Betrag des Grenzwinkels |ε| unter 180° bleiben muss, weil sonst an dieser Stelle drei Strahlen gleichzeitig auf den Brennpunkt F treffen, nämlich der auf der x-Achse, weil er in umgekehrter Richtung die Blende durchläuft, und die beiden äußeren an den Rändern der Regelfläche (100). Außerdem ist dies der Wechselpunkt von einem Durchgang des Steigungswinkels β durch den Fächer (50) zum nächsten. Diese Grenzen können aber so nahe wie praktisch möglich an den Wert von 180° heran gelegt werden, womit bis auf eine Umschaltphase eine Umdrehung der zylindrischen Blende (200) zum Abtasten einer Strecke auf einem Objekt genutzt wird. Somit sind alle Größen genannt, mit der die Regelfläche (80) beschrieben werden kann, was mit zwei gerechneten Beispielen in der 3 gezeigt wird. Darin sind auch die möglichen Strahlendurchlässe entlang dieser Fläche in Abständen von 15° für die Winkeländerungen von α eingetragen.
Dass es sich bei der Fläche (100) tatsächlich um eine Regelfläche handelt, lässt sich auch mit der Beziehung zwischen dem Ordinatenwert z und den Variablen u und α belegen (s. o.). Für jeden Winkelwert α besteht eine lineare Beziehung zwischen z und u, d. h., in jeder Winkelstellung liegen alle dem Wert u zugeordneten Punkte auf einer Geraden, die dann extrapoliert auch durch einen Punkt auf dem Kreis (300) verläuft, der auf der x/y-Ebene mit dem Radius b liegt, und zwar in der entgegengesetzten Richtung des Winkels α. Wird die Blende (200) mit dem Schlitz in der beschriebenen Regelflächenform (100) um den Winkel –α gedreht, trifft der Strahl, der zu diesem Winkel gehört, den Brennpunkt F. Wird der Zylinder in eine ständige Drehung versetzt, treffen innerhalb einer Umdrehung nach und nach die Strahlen innerhalb des Fächers (50) auf den Brennpunkt.
Die hier dargestellte Drehsymmetrie kann auch auf andere Art und Weise genutzt werden, indem der Brennpunkt F um den Winkel ξ auf dem Kreis (300) in der x/y-Ebene nach F' verdreht wird (s. 1). Praktisch wird somit die Richtung des Strahlenfächers (50) verändert, der zu Anfang zwischen dem Brennpunkt F und der Blende (200) liegt. Beide Drehungen können für die Bildgebung genutzt werden, die konstante Drehbewegung der zylindrischen Blende (200) in eine Richtung für die sequentielle Abtastung einer Strecke und die Verlagerung des Brennpunktes F nach F' auf einem konzentrischen Kreis (300) wie er in der 4 gezeigt ist, für deren Ausweitung zu einer Fläche. Die Bildkoordinaten werden somit durch die beiden Winkel α und ξ bestimmt.
Wenn sich in diesem Punkt F oder F' eine Strahlenquelle befindet, lässt sich damit durch die Rotation der Blende (200) mithilfe des Phasenwinkels α kontrolliert ein Nadelstrahl zur gezielten Bestrahlung einer Strecke aussenden und diese durch eine Veränderung des Winkels ξ zu einer Fläche erweitern. So kann beispielsweise in der Rückstreuradiographie vorgegangen werden.
Anders verhält es sich mit Detektoren in der Funktion als aufnehmende Kamera, wenn die Blende zur Abbildung strahlender Objekte eingesetzt werden soll. Vor allem für harte Strahlung, die für eine Messung von einem Aufnahmegerät auch absorbiert werden muss, ist die Beschränkung auf einen kleinen Messpunkt höchst nachteilig. Auch eine mechanische Bewegung des Brennpunktes F auf einem konzentrischen Kreis (300) ist aufgrund der notwendigen Anschlüsse, möglicherweise auch einer Kühlung, auf jeden Fall aber mit einer gewichtigen Abschirmung (210), die ausreichen muss, um Störeinflüsse aus einer möglicherweise stark verstrahlten Umgebung abzuschirmen, mit Aufwand verbunden und daher nachteilig.
Im Folgenden soll gezeigt werden, dass es gar nicht einer mechanischen Verschiebung einer Geräteeinheit am Brennpunkt F um den Winkel ξ bedarf, sondern dieses auch virtuell erfolgen kann. In einem ersten Vorschlag wird ein Detektor mit einer streifenweisen Ortserkennung in einer Dimension verwendet, der von der Blende (200) aus gesehen vor dem Brennpunkt F angebracht ist. Ein solcher Aufbau ist in der 5 gezeigt. Diese Streifen müssen dann am Aufstellungsort in den Öffnungswinkel ±γ (50) passen. Im einfachen Fall kann dies ein Zeilendetektor sein, wie er in der Hochenergieradiographie benutzt wird, und dessen Zeilenhöhe in den Öffnungswinkel am entsprechenden Aufstellungsort passt. Der Winkel ξ wird hier über die angesprochene Zelle im Detektor bestimmt. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass Strahlen aus mehreren Richtungen gleichzeitig aufgenommen werden können, womit eine große Zeitersparnis bei der Bildaufzeichnung erzielt werden kann.
Möglichkeiten, mit großvolumigen Strahlendetektoren einen beweglichen Brennpunkt F' zu realisieren sind, in den folgenden Zeichnungen von 6 bis 9 vorgestellt. Gemeinsam ist diesen Vorschlägen, dass ein Detektor mit einem großen Szintillator (280) mit dazugehörigen Photovervielfachern (290) und Lichtleitsystemen (291) viele mögliche Einfallsrichtungen von Strahlen (30) abdeckt, sowohl in der Fächeröffnung (50), die sich aus der Regelfläche des Schlitzes (100) in der zylindrischen Blende (200) ergibt, als auch im Bewegungsbereich (330) des hier virtuellen Brennpunktes F'. Seine momentane Richtung ξ wird von einer bogenförmigen Zusatzblende (250) vorgegeben, die konzentrisch zur zentralen Blende angeordnet ist und auf einem Kreisbogen (310) entsprechend bewegt werden kann (251), während sich die Blende im Zentrum (200) sich ständig in einer Richtung drehen kann (201). Diese Hilfsblende (250) besitzt einen geraden Schlitz, der genau der Fächerform (50) angepasst ist, die auf den virtuellen Brennpunkt F' zeigt. Eingezeichnet ist ebenso der Strahlenkanal (205), der bei der Nullstellung beider Winkel, von α und von ξ, geöffnet ist.
Die einfachste Anordnung ist in der 6 gezeigt, in der zwischen der Zusatzblende (250) und dem Brennpunkt F bzw. F' ein Szintillator (280) mit einem Photovervielfacher (290) und einem Lichtleiter (291) dazwischen in einer Reihe angeordnet ist, wobei der Szintillator den Bereich des Strahlenfächers (50) und des Schwenkbereiches vom virtuellen Brennpunktes F' (330) voll abdecken muss. Eine etwas mehr dem Strahlenverlauf angepasste Form des Szintillators (280) zeigt die 7, die aufgrund des Kreisbogens (300), auf dem sich der virtuelle Brennpunkt F' bewegt, und der Drehachse der zentralen Blende (200), die sich auf der z-Achse befindet, die Gestalt eines Tetraederstumpfes annimmt. Hier sind die Photovervielfacher (290) mit ihren Lichtleitern (291) oben und unten außerhalb des Strahlenganges angebracht. Dies kann Vorteile für die Photoverstärker insofern bieten, dass sie weniger den möglichen Störeinflüssen der Strahlung ausgesetzt sind und dadurch auch eine längere Lebensdauer erwarten lassen.
Um die Weglänge der Strahlung durch den Szintillator (280) weiter zu erhöhen, kann er sich in seiner Ausdehnung auch über den Brennpunkt F (bzw. F' nach Ortsveränderung) erstrecken, mit weiteren Möglichkeiten der Anbringung von Photovervielfachern (s. 8). Besonders für schwach, aber mit hoher Energie strahlende Objekte kann auch die Strahlenrichtung umgekehrt werden (350), wie es in der 9 zu sehen ist. Mit dieser Anordnung kann besonders an kleine Objekte nahe herangegangen werden. Auf der anderen Seite der zylindrischen Blende (200) ist dann genügend Platz für einen großvolumigen Szintillator (280) zur hochempfindlichen Strahlenmessung.
Zur Vergrößerung der darzustellenden Fläche können auch mehrere Detektoreinheiten bestehend aus Szintillatorblöcken (280) mit ihren Photovervielfachern (290) und Lichtleitsystemen (291) in einer Apparatur zusammengefasst werden. Vorschläge dazu werden in der 10 und der 11 unterbreitet. Im ersten Fall sind mehrere Einheiten längs einer gemeinsamen zylindrischen Blende (200) aufgereiht, für die jeweils ein eigener Schlitz (100) nach der Regelflächenform im Zylinder vorgesehen ist. Somit ist auf einfache Art und Weise für eine synchrone Steuerung der Bilderzeugung in allen Elementen gleichzeitig gesorgt. Mit einer solchen Aufreihung lässt sich auch ein weiterer Effekt bei überlappenden Strahlenfächern (50) erzielen, nämlich tiefenaufgelöste Bilder zu erzeugen auf dem Prinzip des binokularen Sehens oder der Laminographie.
Eine Parallelanordnung von Blendensystemen, wie sie in der 11 präsentiert wird, hat für andere mögliche Anwendungen Vorteile. Sie müssen nicht zwangsläufig linear aneinander gereiht werden, sondern können auch in einem große Bogen aufgestellt werden. Das Objekt kann sich drehend im Zentrum dieses Kreisbogens stehen, um somit eine Tomographie anzufertigen.
Schließlich soll noch eine einfache Art vorgestellt werden, die Blendenelemente (200) und (250) mit dem Bildaufbau zu synchronisieren. Die Logik dazu ist denkbar einfach. Eine Umdrehung der zylindrischen Blende im Mittelpunkt (200) erzeugt genau eine Strecke im zu fertigen Bild, je nach Ausrichtung eine Zeile oder eine Spalte. Deshalb wird nur ein Signal für das Ende einer Umdrehung und den Beginn der nächsten für die steuernde und bearbeitende Software benötigt, das von einer mitdrehenden Scheibe (260) und einer Lichtschranke (270) erzeugt wird. Signalgeber dafür ist eine Bohrung (271) in der Scheibe, die den Weg für die Lichtschranke freigibt (s. 12). Nach Vollendung der Strecke im Bild kann der virtuelle Brennpunkt F' in Richtung zur nächsten weiterbewegt werden. Die schrittweise Bewegung kann aber auch durch eine kontinuierliche ersetzt werden, wenn anschließend die dadurch hervorgerufene Schrägstellung softwareseitig korrigiert wird. Somit ist für die Kontrolle der Brennpunktbewegung, d. h. der Drehung der Zusatzblende (250), nur die Endpunkterkennung wichtig, an der der Winkel ξ eine der konstruktionsbedingten Bereichsgrenzen (330) erreicht hat. An diesen Stellen muss die Bewegung umgekehrt werden. Die entsprechende Kontrollscheibe (265) mit ihrer entsprechenden Zuordnung (266) zur Bewegung der Zusatzblende auf ihrem Kreis (310) ist in 12 eingezeichnet, zusammen mit einer Lichtschranke (270) mit den korrespondierenden Löchern (271).
Zusammengefasst wird hier ein Blendensystem vorgestellt, das für bildgebende Verfahren mit harter und damit stark durchdringender Strahlung geeignet ist, besonders bei geringen anfallenden Strahlendosen. Mit geeigneten Detektoren lassen sich sogar spektral aufgelöste Bilder fertigen, um die Verteilungen unterschiedlicher Strahler darzustellen. Die Steuerung des Blendensystems wird vorzugsweise sehr einfach gehalten durch die kontinuierliche, gleichmäßige Drehung der zentralen Blende (200) stets in eine Richtung und einer fortschreitende Bewegung des virtuellen Brennpunktes F' mit Richtungswechsel an den entsprechenden Grenzen. Der Takt der einzelnen Bildstrecken wird von der ständigen Umdrehung der zylinderförmigen Blende (200) vorgegeben.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen die Entwicklung der Regelfläche (100) aus einer geometrischen Grundfigur (80), die den Schlitzverlauf in der Blende (200) beschreibt, den Aufbau und die Arbeitsweise von Apparaturen mit der Blende sowie die Anordnung von notwendigen Zusatzeinrichtungen zur Bildgebung. Außer in der 3, deren dreidimensionale Graphiken maßstabsgetreu mit Beispielen berechnet wurde, sind die Elemente der Zeichnungen relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechend ähnliche Teile. Es zeigen:
1 die Entwicklung einer dreidimensionalen Regelfläche (100) aus einem zweidimensionalen Trapez als Ausgangsfigur (80);
2 das Einsetzen diese Fläche (100) als Spalt in einen zylindrischen Blendenkörper (200), sowohl in einer Seitenansicht wie auch in der Sicht senkrecht von oben;
3 maßstabgerecht gezeichnete Ergebnisse von Modellrechnungen für die Kantenverläufe der trapezförmigen Ausgangsfläche (80) nach der Torsion;
4 die Ortsveränderlichkeit des Brennpunktes F auf einem konzentrischen Kreisbogen (300) zur Abdeckung einer Fläche;
5 die Anordnung eines Detektors mit einer streifenweisen Auflösungscharakteristik (281) für eine virtuelle Ortsveränderung des Brennpunktes F;
6 die Zwischenschaltung eines beweglichen Zusatzkollimators (250) zur virtuellen Lageveränderung des Brennpunktes F;
7 eine Anpassung der Form des strahlenempfindlichen Teils (280) im Detektorsystem an den Strahlengang und Erhöhung der Gesamtempfindlichkeit;
8 eine Verschiebung des Registriervolumes (280) der Detektoreinheit an den Ort des Brennpunktes F und weitere Erhöhung der Empfindlichkeit;
9 eine alternative Anordnung des Strahlungsempfängers (280) auf der anderen Seite der Blende (200) mit Strahlung in umgekehrter Richtung (350);
10 eine Mehrfachanordnung von Detektormodulen längs einer gemeinsamen rotierenden Blende (200);
11 eine Erweiterung der Abbildungsfläche mit parallel angeordneten synchron bewegten Blenden (200) und ihren Detektormodulen;
12 die Positionskontrolle einer rotierenden Blende (200) mit Richtungswechselkontrolle des Zusatzkollimators (250).
Die im Text verwendeten geometrischen Bezeichnungen sind in 1 bildlich in der Fläche und in einem dreidimensionalen Koordinatensystem (rechts bzw. unten) mit den Achsen x, y und z dargestellt. Die Spaltfläche im Kollimator (100) kann aus einer gleichschenkligen Trapezfläche (80) entwickelt werden, die in einem Strahlenfächer (50) liegt, der von dem Brennpunkt F im Abstand b vom Koordinatenursprung ausgeht. Rechts daneben ist die Regelfläche des Spaltes (100) dargestellt, die sich aus der Torsion der Trapezfläche (80) als Ausgangsfigur mit einer kurzen Kante (81) zum Brennpunkt F hin und einer langen (82) auf der anderen Seite der z-Achse ergibt. Diese Ausgangsfläche ist mit der Breite a, der mittleren Höhe h entlang der z-Achse, der Entfernung des Brennpunktes F von der Mittelachse b und der Spreizung des Fächers (50) vollständig charakterisiert. Darin kann die Lage eines jeden willkürlich gewählten Punktes P mit den Koordinaten x und z beschrieben werden, dessen Abszissenwert x hier für weitere Verwendungen zusätzlich mit u bezeichnet wird. Durch den Punkt P auf der Trapezfläche läuft der Strahl (30) vom Brennpunkt F mit dem zugehörigen Winkel β. Somit wird dieser durch die Größen b, u und dem Ordinatenwert z bestimmt.
Durch eine Torsion (hier in Linksdrehung) zwischen den Winkeln –ε und ε verändert sich die Lage des gewählten Punktes P im Raum, d. h., es kommt eine zusätzliche Koordinate y hinzu, wie im rechten perspektivisch angedeuteten Bildteil der 1 gezeigt (die y-Achse ist nur symbolisch abgewinkelt gezeichnet, in dieser Perspektive fällt sie mit der z-Achse zusammen). Die Grenzen dieser Torsion von –ε bis ε hängen mit der Spreizung des Fächers (50) direkt zusammen (s. o). Dabei verwinden sich die Trapezkanten (81) und (82) schraubenförmig, wie im rechten Bildteil gezeigt. Diese folgen dann dem Verlauf des Schlitzes auf der Oberfläche des Blendenkörpers (200). Die aus der Bildebene, d. h. hier der x/z-Ebene, hervorspringenden Teile davon sind mit einer durchgehenden starken Linie (103) gezeichnet, die dahinter liegenden mit einer durchbrochenen (104). Die Breite a des Trapezes (80) gleicht dem Blendendurchmesser (200), wie im liegenden Kreis (110) unten rechts im Bild angedeutet. Darin sind auch der Torsionswinkel α für den herausgegriffenen Punkt P und der Grenzwinkel ε eingezeichnet.
Wird die Regelfläche (100) insgesamt um den Winkel –α gedreht, kommen der Punkt P, die Achse z und der Fluchtpunkt F wieder auf einen Strahl zu liegen. Da die Winkel α und β einander proportional verlaufen, wird die Lage des Punktes P auf der Regelfläche (100) neben u auch durch α anstatt β hinreichend bestimmt. Im Raum kann die Lage des Brennpunktes nach F' verändert werden, wobei de Abstand b zum Koordinatenursprung beibehalten wird, d. h. er kann sich auf einem Kreisbogen (300) um den Koordinatenursprung mit dem Radius b bewegen. Die damit verbundene Richtungsänderung wird mit ξ bezeichnet. Zur Bedingung der Strahlenpassage vom Punkt P durch die z-Achse zum Brennpunkt F' mit der veränderten Lage tritt der Winkel ξ hinzu. In den gezeigten Darstellungen der 1 sowie der 2 haben die Winkel α und negative Werte.
Der Einbau der Regelfläche (100) in den zylindrischen Blendenkörper (200) wird in der 2 demonstriert. Dieser wird hier in der oberen Reihe, perspektivisch vereinfacht, in seitlicher Ansicht und in der unteren in einer Draufsicht von senkrecht oben dargestellt. Hierbei fallen die y- und die z-Achsen in dieselbe Richtung. Zur Verdeutlichung der Torsion sind einige markante Punkte auf der dem Brennpunkt zugewandten Kante (91) und der abgewandten auf der anderen Seite (92) des Trapezes (80) im Strahlenfächer (50) gekennzeichnet. Die nach der Torsion, ausgehend von der x/z-Ebene, zum Betrachter gelegenen Punkte sind als volle Symbole gezeichnet, die abgewandten als leere. Die betreffenden Positionen werden besonders deutlich in der Aufsicht im unteren Bildteil. In der gezeigten Stellung ist nur eine Passage durch den Blendenkörper (200) längs der x-Achse möglich. Der Vollständigkeit wegen ist auch ein in seiner Richtung veränderter Brennpunkt F' mit dem dazugehörigen Drehwinkel ξ angedeudet. Jeder Punkt auf der Regelfläche (100) ist immer dann mit dem verschobenen Brennpunkt F' auf einer Gerade durch die y-Achse verbunden, wenn der zylindrische Blendenkörper (200) um den Winkel ξ – α gedreht ist. In diesem Bild wird die Ausgangsstellung gezeigt, d. h. es gelten die Werte ξ = 0° und α = 0°. Für jeden Winkel α gilt die direkte Proportionalität z ~ u im gesamten Bereich –a/2 ≤ u ≤ a/2 zu, d. h. es handelt sich tatsächlich um eine Regelfläche.
In der 2 sind zwei Einzelstrahlen (30) herausgegriffen, die durch die Trapezfläche (80) laufen. Nach der Torsion aber verlaufen die zugehörigen Strecken im Trapez dann auf der Regelfläche (100) genau auf den Betrachter zu und können deshalb nur als Schnittpunkt der verschraubten Trapezkanten wahrgenommen werden. Deshalb ist im rechten Bildteil der Blendenkörper (200) um 90° gedreht dargestellt (95), womit die Passagen durch die Blende, die jetzt in der Bildebene möglich sind, gut sichtbar werden, und zwar eine oberhalb (115) und eine unterhalb (116) der x-Achse. Zu beachten ist, dass von diesen beiden nur die obere (115) auf einer Geraden mit dem Brennpunkt F ist, nicht hingegen die untere (116), die sogar vom Brennpunkt weg weist. Diese Parallelität tritt aber erst bei |α| ≥ 90° ein. Es ist also gewährleistet, dass für den Torsionswinkel α innerhalb der Grenzen von ±ε mit |ε| < 180° immer nur eine Passage auf den Brennpunkt F (bzw. F' in veränderter Lage) ausgerichtet ist.
In der 3 werden zwei berechnete Beispiele von Verläufen der Kanten der Trapezfläche (80), hier gestrichelt gezeichnet, nach der Torsion zur Regelfläche (100) maßstabsgetreu gezeigt, worin die Bezugsstrecke (129) beispielsweise 1 cm beträgt. Die dazu gehörigen Strahlenfächern (50) hatten Gesamtöffnungswinkel, sich von –γ bis γ erstreckend, von 60° (oben) und von 90° (unten). Die schraubenförmig verdrehte, hier im Gegensatz zu den vorigen Figuren rechtsdrehend, kurze (81) und lange Kante (82) wurden mit dicken Strich auf die dem Betrachter zugewandten Seite von der x/z-Ebene gezeichnet, die abgewandte mit dünner Linie dargestellt. Zudem sind auf der rechten Bildseite Passagen durch die Regelfläche in 15°-Abständen des Winkels α eingezeichnet (120), dick in der nach vorne weisenden Fläche, dünn diejenigen auf der Rückseite. Für die Berechnung wurden folgende beispielhafte Werte herangezogen: gemeinsame Werte für beide Modelle: a = 5 cm, h = 15 cm, ε = 175°, obere Reihe: b = 13 cm, untere Reihe: b = 7,5 cm.
Unabhängig davon, ob sich im Brennpunkt F bzw. F' eine Strahlenquelle befindet, von der selektierte Nadelstrahlen ausgeblendet werden sollen, oder ein Detektor, der Einzelstrahlen aus definierten Richtungen empfangen soll, ist die Apparatur von der Blende (200) an bis um den Brennpunkt F herum abzuschirmen, um Störeinflüsse aus unkontrollierter Einstrahlung zu vermeiden. Dies ist grob schematisch in der 4 und den folgenden als allgemeine Abschirmung (210) angedeutet, wobei für die Art und Dicke von der vorherrschenden Strahlenart bestimmt wird und deshalb hier nicht maßstabsgerecht eingezeichnet ist. Im unteren Teil dieser Abbildung in der Draufsicht wird die Abtastung einer Fläche demonstriert, indem man nur dafür sorgt, dass der Brennpunkt F um den Winkel ξ nach F' gedreht wird. Jeder Punkt längs des Strahles durch die Blende (200) muss durch die z-Achse mit dem Brennpunkt F oder F' auf einer Gerade liegen, d. h. in einer Flucht, unabhängig davon, ob oder wohin F' gedreht wurde. Da der Abstand b des Brennpunktes vom Koordinatenursprung beibehalten werden muss, kann sich also der Brennpunkt auf einem Kreisbogen (300) bewegen, der konzentrisch zur zylindrischen Blende (200) angeordnet ist. In jeder Position von F' kann also ein Strahlenfächer (50) mit identischen Eigenschaften ausgebildet werden. Zur Abdeckung einer Fläche genügt es also, den Brennpunkt F des Systems auf dem Kreisbogen (300) zu einer der beiden Seiten nach F' hin zu verschieben. In der Praxis wird konstruktionsbedingt dieser Schwenkbereich durch eine gerätebedingte Grenze (230) beschränkt.
Im Falle einer Strahlendetektion von außen ist es nicht zwingend notwendig, eine vollständige Apparatur um den Brennpunkt mechanisch hin und her zu bewegen. Wie dies auch virtuell geschehen kann, zeigt die 5, im oberen Teil in einer Seitenansicht und im unteren in einer Draufsicht von oben. Hierzu wird ein flächenhafter Detektor benötigt, der in der Lage ist, den Strahlungseinfall streifenweise zu diskriminieren. Der Teil (280) des Detektors für die Strahlenwahrnehmung kann im Strahlengang innerhalb des Fächers (50) zwischen der Blende (200) und dem Brennpunkt F angeordnet sein. Die Richtungsunterscheidung wird durch die Unterscheidung der angesprochenen Streifen im Detektor bewerkstelligt, die entweder in der Struktur im Strahlung aufnehmenden Teil (281) oder in der dazugehörigen Elektronik (282) erfolgen kann. Im einfachsten Fall kann das ein kommerzieller Zeilendetektor leisten, dessen Elemente eine ausreichende Höhe besitzen, um entsprechend in den Strahlenfächer (50) zu passen. Über das Ansprechen der einzelnen Elemente des Detektors erfolgt virtuell die Bewegung des Brennpunktes F z. B. nach F' auf dem Kreisbogen (300).
Konstruktionsbedingt ergeben sich für alle veränderten Lagen des virtuellen Brennpunktes F' jeweils zu beiden Seiten Endpositionen (230) bzw. Grenzlagen (330), die dann die Abbildungsbreite eines Kamerasystems bestimmen. In dieser und den folgenden Abbildung ist zudem die zentrale Passage (205) durch die Blende (200) graphisch angedeutet, d. h. diejenige bei der Nullstellung der Winkel α und ξ. Die beiden Pfeile (201) am zylindrischen Blendenkörper (200) mögen darauf hinweisen, dass die Blende stetig in eine Richtung gedreht werden kann, wobei es sekundär ist, in welche. Der Detektor ist mittels geeigneter Abschirmung (210) vor Störstrahlung zu schützen.
Um die Empfindlichkeit eines Kamerasystems mit der beschriebenen Blende (200) durch größere und aufwändigere Detektoren zu erhöhen, wird in der 6 eine Anordnung vorgeschlagen, in der die Richtungsunterscheidung ξ durch die virtuelle Verschiebung des Brennpunktes F nach F' von einer Zusatzblende (250) übernommen wird, die einen schmalen, fächerförmigen Schlitz als Durchlass (205) entsprechend des Strahlenfächers (50) bietet. Der Aufbau ist hier auch wieder von der Seite und von oben jeweils in der oberen und unteren Bildhälfte zu sehen. Um die unterschiedlichen Richtungen zu den virtuellen Brennpunkten F' über den Winkel ξ einzustellen, muss diese auf einem engeren Kreisbogen (310), der auch konzentrisch mit der Drehachse z der Blende (200) positioniert ist, in Richtung des Doppelpfeiles (251) zwischen den baubedingten Grenzstellungen (330) hin und her bewegt werden. Auf diese Weise wird ein aufwändiger Bewegungsmechanismus für umfangreichere Apparaturen am Brennpunkt F mitsamt den notwendigen Anschlüssen erspart. Da hier die Ausrichtung des Fächers (50) von der Zusatzblende (250) übernommen wird, braucht es nur noch eine Detektoreinheit zur sequentiellen Abtastung eines einzelnen Bildpunktes mit der laufenden Drehung der Blende (200) und dem Vorschub dieser zusätzlichen Blende. Ein großes Volumen des strahlenempfindlichen Teils (280) sorgt für eine verbesserte Quantenausbeute der zu registrierenden Strahlung. Dieser kann aus einem Germanium-(HPGe), einem Wismutgermanat-Szintillatorkristall (BGO) oder einem ähnlichen zur Absorption harter Strahlung und zur Szintillation geeigneten Material bestehen. Der Szintillator kann dann über ein Lichtleitsystem (291) mit einem Photovervielfacher (290) verbunden sein. Auch hier ist für eine sorgfältige und ausreichende Abschirmung (210) zu sorgen.
Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit für niedrige Strahlendosen bzw. kürzere Aufnahmezeiten bietet eine Anordnung, wie sie in der 7 skizziert ist, auch hier Ansichten seitlich und von oben. Hierbei ist die Formgestaltung des Strahlung registrierenden Teils (280) an den Strahlengang mit dem Fächer (50) ausgehend vom Brennpunkt F bzw. in seiner virtuell veränderten Lage F' und dem Schwenkbereich der Zusatzblende (250) in dem baubedingten Grenzbereich (330) angepasst. Ebenso ist die Passage von Strahlen (205) durch die Blenden (200) und (250) sowie deren Bewegungen (201) und (251), letztere mit dem konzentrischen Kreisbogen (310) eingezeichnet. Ein größerer Szintillatorkörper (280) bietet Platz für mehr als einen Photovervielfacher (290) mit dem dazugehörigen Lichtleitsystem (291). Diese können dann in einer Koinzidenzschaltung miteinander verbunden werden, womit eine Rauschunterdrückung erreicht werden kann. Aufgrund der erhöhten Empfindlichkeit ist besonders im Hinblick auf Störstrahlung eine sorgfältige Abschirmung (210) notwendig.
Die Empfindlichkeit des Detektionssystems lässt sich, besonders für sehr hoch energetische Strahlung dadurch weiter steigern, dass der Strahlung registrierende Teil (280) weiter über den Ort des Brennpunktes hinaus verlängert werden kann. Dieses Prinzip ist in der 8 wiedergegeben, wiederum seitlich und von oben gesehen. Durch die weitere Entfernung des Detektors von der Blende (200) mit ihren Strahldurchtritten (205) kann auch zwischen dieser und der Zusatzblende (250) Platz gelassen werden. Der Zwischenraum sollte aber auch zur Vermeidung von einfallender Streustrahlung entsprechend abgeschirmt werden (210). Gegebenenfalls kann dadurch, dass am Ort der Zusatzblende (250) der Strahlenfächer (50) kleiner ist, zu bewegendes Abschirmmaterial eingespart werden, das auf dem entsprechend angepassten Kreisbogen (310) in den konstruktionsbedingten Grenzen (330) hin und her zu bewegen ist (251). Die zylindrische Blende (200) selbst wird nach wie vor ständig in wahlweise eine der Richtungen aber kontinuierlich gedreht (201). Ein Szintillator (280) kann hier quaderförmig gebaut und von mehreren Photovervielfachern (290) mit ihren Lichtleitersystemen (291) umgeben sein, wahlweise seitlich und in Strahlrichtung. Dies erlaubt eine erweiterte und tiefer ausgeklügelter Koinzidenzschaltung für eine effektivere Rauschunterdrückung.
Eine noch empfindlichere Anordnung, mit der auch näher an das Untersuchungsobjekt herangerückt werden kann, ist unter der Ausnutzung einer umgekehrten Strahlenrichtung (350) erreicht und ist in der 9 zu sehen. Der strahlenumwandelnde Teil des Detektors (280) kommt hierbei auf der anderen Seite der rotierenden Blende (200) zu liegen. Die Zusatzblende (250) kann mit seiner kleiner Öffnung am Brennpunkt F, hier als Scheitelpunkt des Strahlenfächers (50) zu erkennen, ganz nahe an das Objekt herangeführt werden. Die Beweglichkeit von Haupt-(201) und Zusatzblende (251) sind wie zuvor gekennzeichnet, ebenso der Strahlendurchtritt (205) durch den fächerförmigen Spalt in der Hilfsblende (250) und dem zentralen Blendenkörper (200). Die hier angedeutete kompaktere Bauweise lässt auch eine insgesamt leichtere Abschirmung (210) des Gesamtgerätes zu.
Zum Abtasten größerer Areale kann die Fläche, die vom Strahlenfächer (50) mit dem Brennpunkt F als Scheitel und der Schwenkbereich der Brennpunktlage F', reell (230) oder virtuell (330), begrenzt wird, nicht mehr ausreichen. Einen Ausweg bietet die Anordnung mehrere Detektoren mit ihren Szintillatoren (280), Photovervielfachern (290) und den Lichtleitern (291) dazwischen in einem Gerät, wie es in der 10 in einer Seitenansicht vorgestellt wird. Eine Anordnung längs der z-Achse bietet hier den Vorteil, dass alle Detektoreinheiten mit einer zylindrischen Blende (200) und auch nur einer Zusatzblende (250) arbeiten, die mit entsprechend vielen Durchlassschlitzen (205) mit ihren Strahlenfächerbereichen (50) versehen ist. In dem Blendenkörper (200) können die Schlitze, die der beschriebenen Regelflächenform (100) folgen, direkt aneinander gereiht sein. Mit überlappenden Fächeröffnungen (50) lassen sich auch tiefenaufgelöste Aufnahmen nach Prinzipien des binokularen Sehens oder der Laminographie anfertigen. Das gemeinsame Blendensystem ist mit allen Detektoreinheiten in einem gemeinsamen Abschirmgehäuse (210) untergebracht.
Um auch orthogonal dazu die Aufnahmefläche zu vergrößern, wird in der 11 ein weiterer Vorschlag unterbreitet, hier in der Darufsicht von oben. Hier sind zwei oder mehrere synchron gedrehte Blenden (200) mit ihren Zusatzblenden (250), die sich auf ihren Spuren (310) miteinander gekoppelt hin und her bewegen können, parallel zueinander angeordnet. Auch diese befinden sich in einem gemeinsamen abgeschirmten Gehäuse (210). Die möglichen Strahlendurchlässe (205) sowie die Schwenkbereiche (330) der Zusatzblenden (250) sind räumlich voneinander getrennt und den verschiedenen Detektoren (280) zugeordnet, die hier vereinfacht ohne Photovervielfacher wiedergegeben sind. Die Drehbewegungen (201) der zylindrischen Blenden (200), die durchaus mehrere Schlitze für übereinander liegende Detektormodule enthalten können, sind mit geeigneten Maßnahmen (241) miteinander synchronisiert. Ebenso sind die Schwenkbewegungen (251) der Zusatzblenden (250) in geeigneter Weise miteinander gekoppelt (341). Längs- und Queranordnungen von Detektoreinheiten längs der z-Achse, so wie sie in 10 und 11 gezeigt sind, können beliebig miteinander kombiniert werden. Großflächige Anordnungen sind somit realisierbar.
Da der Ein- bzw. Ausfallswinkel β der Strahlung zum oder vom Brennpunkt F direkt von der Drehstellung der zylindrischen Blende (200) abhängt, ist deren Stellung ausschlaggebend für die Steuerung einer Bildgebung mit einem streckenweisen Aufbau. Ebenso von Bedeutung ist die Lage des Brennpunktes F' mit dem Winkel ξ und dem dann zugeordneten Fächerbereich (50) in dem entsprechenden Bewegungsbereich (330). Zur Positionskontrolle werden zwei Scheiben (260) und (265) vorgeschlagen, die konzentrisch mit den Blenden (200) und ggf. (250) auf der z-Achse gelagert angebracht sind. Die 12 zeigt diese in einer perspektivischen Seitenansicht und in einer Aufsicht. Die erstere (260), oberhalb der Blende (200), ist mit dieser gekoppelt (261). Die andere unterhalb davon (265) ist mit der Richtungsveränderung ξ des Brennpunktes F' im System (266), beispielsweise über eine mechanische Kopplung (341), mit dem Vorschub der Zusatzblende (251) auf dem entsprechenden Kreisbogen (310) über eine feste Verbindung (341) verankert.
Die Positionskontrollen können durch Lichtschranken (270) erfolgen, die durch entsprechende Bohrungen in den Kontrollscheiben (260) und (265) geöffnet werden. Die Positionskontrolle der rotierenden Blende (200) ist einfach und braucht nur an einer Position (271) in der Scheibe (260) ein Signal zur Vollendung einer Umdrehung geben, wenn sie sich in einer gleichmäßigen Rotationsbewegung in einer Richtung (201) befindet. Die Winkelposition α der Drehung wird dann über den Zeitpunkt innerhalb einer Drehperiode bestimmt. Die Steuerung für die Veränderung der Brennpunktsposition F' erfordert die Erkennung zumindest von zwei Positionen an den jeweiligen Grenzen des Schwenkbereiches (330), die jeweils auf der Scheibe (265) als Löcher (271) für die Lichtschranke (270) markiert sind. An diesen Positionen muss ein Richtungswechsel in der Schwenkbewegung (251) vorgenommen werden.
Durchgängig durch alle Figuren werden folgende Bezugszeichen für Details, geometrische Größen, Strahlen, Strecken, Flächen und für Bauteile verwendet:
Bezugszeichenliste

30: Einzel- bzw. Nadelstrahl, der vom Brennpunkt (bzw. zu ihm hin) mit dem Winkel β durch die z-Achse und den Punkt P (nach einer Drehung der Blende um den Winkel –α, und somit durch den Schlitz in der Blende (200)) verläuft,
50: Strahlenfächer, ausgehend vom Brennpunkt in Richtung der x- und z-Achsen und der Ausdehnung von ±γ,
80: Trapezfläche, aus der die Regelfläche (100) entwickelt wird, die dann die Schlitzform in der Blende (200) bestimmt,
81: kurze Kante der Trapezfläche (80),
82: lange Kante der Trapezfläche (80),
91: Punkte auf der kurzen Kante (81) vor und nach der Torsion zur Regelfläche, gefüllt vor der x/z-Ebene liegend, leer dahinter,
92: Punkte auf der langen Kante (82) liegend, gefüllt gezeichnet nach der Torsion vor die x/z-Ebene bewegt, leer dahinter,
95: 90°-Drehung der zylindrischen Blende,
100: Regelfläche, der der Schlitz im Blendenkörper (200) folgt,
103: Teil der langen Kante (82), der bei der Torsion in der Entstehung der Regelfläche (100) vor die x/z-Ebene tritt,
104: Teil der langen Kante (82), der in der Bildung der Regelfläche (100) hinter der x/z-Ebene verschwindet,
110: Querschnitt durch den zylindrischen Blendenkörper (200) mit einem Torsionswinkel α und den Grenzwinkeln ±ε,
115: Durchtrittspassage, die den Brennpunkt F trifft,
116: Durchtrittspassage, die nach außen läuft und deshalb den Brennpunkt F nicht treffen kann,
120: Regelfläche (100) mit Passagen in 15° Abständen von α,
129: Maßstab, Länge entspricht 1 cm,
200: zylindrischer Blendenkörper,
201: zwei Pfeile zur Andeutung der Rotationsrichtung recht oder links,
205: Durchtrittspassage durch Blendenkörper (200) bzw. auch (250),
210: allgemeine Geräteabschirmung nach außen,
230: äußerste veränderte Lage des Brennpunktes F mit dem dazugehörigen Strahlenfächer (50),
241: Kopplung zwischen den Rotationsbewegung mehrere Blenden (200),
250: Zusatzblende zur Richtungsbestimmung des Strahlenfächers (50),
251: Doppelpfeil zur Hin- und Herbewegung der Zusatzblende (250),
260: Kontrollscheibe zur Positionskontrolle der rotierenden Blende (200),
261: Zuordnung zwischen Kontrollscheibe (260) und Blende (200),
265: Kontrollscheibe zur Steuerung der Brennpunktbewegung (251),
266: Zuordnung der Kontrollscheibe (265) und der Brennpunktbewegung (251),
270: Pfeile für den Strahl einer Lichtschranke,
271: Passage für eine Lichtschranke (270), wenn die jeweilige Position erreicht ist,
280: Strahlung registrierendes Volumen eines Detektors (z. B. Szintillatorkristall),
281: streifenweise Parallelanordnung von Strahlenempfängern (280),
282: Registrierelektronik für streifenweise angeordnete Strahlenempfänger (281),
290: Photovervielfacher,
291: Lichtleitersystem zwischen Strahlenempfänger (280) und Photovervielfacher (290),
300: konzentrischer Kreisbogen, auf dem sich der Brennpunkt F bewegen kann,
310: konzentrischer Kreisbogen, auf dem die Zusatzblende (250) hin und her bewegt werden kann,
330: Winkel der äußersten Stellung der veränderten Lage eines virtuellen Brennpunktes F',
341: Kopplung zwischen den Bewegungen der Zusatzblenden (250),
350: Umkehr der Strahlenrichtung zum Detektor
a: Durchmesser des zylindrischen Blendenkörpers (200), gleichzeitig die Breite der gleichschenkligen Trapezfläche (80), aus der die Regelfläche (100) geformt wird, die dann die Form des Schlitzes in der Blende bestimmt,
b: Entfernung des Brennpunktes F von der z-Achse,
h: mittlere Ausdehnung der Trapezfläche (80), gleichzeitig die Höhe der Regelfläche (100) längs der z-Achse,
u: Abszisse eines Punktes P auf der Trapezfläche (80) bzw. Variable für die Regelfläche (100) nach der Torsion.
x, y: horizontale und Tiefenkoordinaten des benutzten dreidimensionalen Koordinatensystems mit Ursprung im Zentrum der Regelfläche (100),
z: vertikale Koordinate des Systems, gleichzeitig Drehachse der Blende (200),
F, F': Scheitelpunkt der Trapezfläche (80), gleichzeitig Brennpunkt der Regelfläche (100) und damit der Blende (200), in der Ausgangslage und in einer ortsveränderten auf einem konzentrischen Kreisbogen (300),
P: beliebig ausgewählter Punkt auf der Trapez-(80) bzw. Regelfläche (100),
α: Torsionswinkel der Regelfläche (100),
β: Ein- bzw. Ausfallswinkel eines Strahles vom Brennpunkt F (oder F') durch einen Punkt P in einer um den Winkel –α gedrehten Stellung der Regelfläche (100) bzw. der Blende (200),
γ: Grenzwinkel für β nach oben und nach unten,
ε: Grenzwinkel für α nach links und nach rechts,
ξ: Winkel der Ortsveränderung vom Brennpunkt F'

Im Mittelpunkt der hier vorgeschlagenen Lösungen für bildgebende Verfahren mit harter Strahlung steht eine zylindrische Blende (200) mit einem Schlitz in einer klar und einfach mit wenigen Parametern beschreibbaren Regelflächenform (100), die in eine ständige Rotation versetzt werden kann und somit zu einer zügigen Bildaufnahme beiträgt. Auch die Steuerung und die Synchronisation mit dem Bildaufbau ist direkt über die Phasenlage α der Drehbewegung möglich und erspart eine aufwändige computergesteuerte Einstellung der Strahlausrichtung. Selbst die Wiedergabe einer geschlossenen Bildfläche kann überschaubar mit der Kontrolle des Winkels ξ bewältigt werden.
Dieses Prinzip dieses Blendensystems ist vielseitig einsetzbar, da die Strahlenrichtung umkehrbar ist. Dies trifft nicht nur auf die Anwendung mit einer Strahlenquelle zur Ausblendung eines Nadelstrahles zur gezielten Bestrahlung zu, sondern auch für den Einsatz als Bilder erzeugende Kamera. Die Strahlenumkehr erlaubt den Bau eines Gerätes, mit dem man einerseits näher an das Objekt heran gelangt, d. h. kleinere Objekte untersucht werden können, sondern bietet auch einen großen Raum für einen großen Detektor mit hoher Empfindlichkeit auch für sehr harte Strahlung.
Je nach Bauart eines Detektors sind verschiedene Anordnungen im Strahlengang aus allen Einfallsrichtungen möglich, sei es in kompakter Form in der Nähe des Blendensystems oder gestreckt über den Systembrennpunkt hinaus für extrem harte Strahlung. Die Einrichtung der Zusatzblende (250) erlaubt eine virtuelle Lageveränderung des Systembrennpunktes, womit eine aufwändige Mechanik zur Bewegung umfangreicherer Gerätekomponenten erspart bleibt. Sie gestattet eine kompaktere Bauweise, die besonders Vorteile für eine umfangreiche Abschirmung gegen intensive harte Störstrahlung von außen bietet.
Beim der Verwendung voluminöser Szintillatoren erlaubt eine größere Oberfläche den Anbau von mehreren Photovervielfachern, die in einer Koinzidenzschaltung zur Rauschminimierung zusammengeschaltet sein können. Auch eine seitliche Anordnung außerhalb des Strahlenganges ist von Vorteil zur Vermeidung von Störsignalen durch einfallende Strahlung und für eine längere Lebensdauer im Betrieb. Die Registrierung nur eines einzelnen Bildpunktes im Kamerasystem erlaubt zudem einen höheren Aufwand für die Messung an dieser Stelle. Mithilfe einer Energiediskriminierung können spektral aufgelöste Bilder erstellt werden, die dann farbkodiert unterschiedliche Elementar- bzw. Isotopenverteilungen darstellen können.
Ein komplexes Kamerasystem kann mit mehreren Detektoreinheiten ausgestattet werden, wobei mehrere längs einer gemeinsamen zylindrischen Blende (200) mit entsprechend vielen und zugeordneten Schlitzen in Regelflächenform angeordnet sind. Dadurch wird nur ein Steuer- und Kontrollsystem für alle Detektoren benötigt. Alternativ können auch mehrere parallel angeordnete Einzelblenden (200) seriell oder in einem Kreisbogen aufgestellt werden, um somit größere Gegenstände in einem Bild oder aus verschiedenen Richtungen für eine Tomographie aufzunehmen. Bei überlappenden Öffnungswinkeln (50) längs des Blendenzylinders oder durch Schwenken des (virtuellen) Brennpunktes F' sind auch tiefenaufgelöste Bildaufnahmen möglich, wenn Objektdetails von mehreren dieser Blickwinkel erfasst werden.
Als Anwendungsfelder kommen sehr unterschiedliche Gebiete in Frage, erst einmal abhängig davon, ob es sich um aktive oder passive Strahler handelt. Unter den letzteren sind Objekte zu verstehen, die erst durch eine primäre Strahlung angeregt werden, wie z. B. in der Röntgenrückstreuradiographie. Auch fallen darunter Aktivierungen mit Neutronen, wobei bestimmte Elemente für kurze oder längere Zeiten aktiviert werden. Schon um unnötige Strahlenbelastungen zu vermeiden, ist bei solchen Anwendungen mit einer sehr geringen Strahlendosis aus den Objekten zu rechnen, was besondere Anforderungen an die Empfindlichkeit der Detektoren stellt. Deren Bau wird mit den hier vorgestellten Konzepten zu einer Bildgebung möglich. Die von den Objekten ausgesandte Strahlung kann dann bildgebend zu der exakten Lokalisation der eigentlichen Strahlenquellen genutzt werden. Mit spektral auflösenden Detektoren lassen sich damit auch die angeregten Elemente bzw. Isotope bestimmen.
Sehr breit gefächert sind die Anwendungsbereiche, in dem aktiv strahlende Objekte abzubilden sind. Da ist zunächst einmal der Strahlenschutz zu erwähnen, um versteckte Quellen exakt lokalisieren oder unbekannte charakterisieren zu können, wie z. B. in radioaktiven Abfällen oder im kriminellen Kontext. Bei kerntechnischen Anlagen oder Einrichtungen, in denen mit hohen Strahlendosen gearbeitet werden, können auch exakt Strahlenlecks in Abschirmungen geortet werden. Ein weiteres Feld ist die Nachverfolgung radioaktiver Markierungen in der Forschung und in der Medizin. Ein besonders anschauliches Beispiel daraus ist die Positronenemissionstomographie (PET), deren Strahlung eine Energie von 511 keV besitzt und eine entsprechende Abschirmung erfordert. Die gängige Praxis der Bildgebung ist der Einsatz von Sollerkollimatoren oder ähnlichen Blenden, die eine dickwandige Matrix mit entsprechend angeordneten Löchern darstellen.
Insgesamt können die hier vorgeschlagenen Lösungen über die bisher in diesem Zusammenhang benannten Möglichkeiten hinaus gehen, sowohl in der Auslegung und Gestaltung der Schlitzform, ggf. auch von Zusatz- oder Hilfsblenden, deren Dimensionen als auch in den in Frage kommenden Anordnungen. Somit ergibt sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten von der Detektion strahlender Anteile in einem zu untersuchenden Objekt bis radiologischen Verfahren z. B. von Röntgenrückstreutechniken oder der PET.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5764683 [0004]
US 5493596 [0005]
US 2014/0010351 [0005]
WO 2014/008275 [0005]
DE 102005048519 [0005]
EP 1772874 [0005]
DE 102007057261 [0005]
EP 2062705 [0005]
EP 2482288 [0005]
US 2007/0029491 [0006]
DE 102005029674 [0006]
WO 2006/136545 [0006]
DE 102009021750 [0006]
WO 2010/130668 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A280 (1989), 517–528 [0004]
Applied Radiation and Isotopes 68 (2010), 993–1005 [0004]
Future Security 4th Security Research Conference Karlsruhe, Fraunhofer Verlag, 2009, 441–447 [0005]
18th World Conference of Non Destructive Testing, 16–20 April 2012, Durban, South Africa [0006]
http://www.ndt.net/article/wcndt2012/papers/282_wcndtfinal00282.pdf [0006]
Journal of Instrumentation JINST 8 P09017. doi:10.1088/1748-0221/8/09/P09017 (2013) [0006]
NDT & E international 70 (2015), S. 41–52 [0006]
11th European Conference an Non-Destructive Testing (ECNDT 2014), October 6 10, 2014, Prague, Czech Republic [0006]
http://www.ndt.net/events/ECNDT2014/app/content/Paper/151_Wrobel.pdf [0006]
ISSN 0038-6308 [0007]

Claims

Blende in Zylinderform (200), massiv gefertigt aus einem Material und mit einem Durchmesser a geeignet für die Abschirmung auch von hochenergetischer und stark penetrierender Strahlung, drehbar um die Längsachse gelagert, und einem gewundenem Schlitz für den gesteuerten Durchlass eines Einzel- oder Nadelstrahles in Richtung eines Brennpunktes F, der in einem Abstand b in orthogonaler Richtung zur Drehachse liegt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der selektierte Strahl kann vom Brennpunkt F ausgehen, zu ihm hinführen oder auch durch ihn hindurch laufen, um an einer bestimmten Stelle die Blende zu passieren, – der Schlitz verläuft auf einer Länge h durch die Zentralachse des formgebenden Zylinders und damit auch durch die Drehachse der Blende, und erlaubt, abhängig von der Drehstellung, eine einzige Strahlenpassage in einer festgelegten Richtung, die auch durch den Brennpunkt F verläuft, – der Schlitz ist einer helikalen Regelfläche (100) folgend geformt, auf der die Lage jedes Punktes P(x|y|z) vorzugsweise im Raum mit einem kartesischen Koordinatensystems beschrieben wird, in dem der Ursprung sich im Zentrum der Zylinderform (200) befindet, die x-Achse durch den Brennpunkt F verläuft, die y-Achse horizontal senkrecht dazu und die z-Achse vertikal darauf mit zentralen Drehachse zusammenfällt, – die Lage des Punktes P(x|y|z) ist auf dieser Fläche mit zwei Variablen festgelegt, einmal mit u, im Betrag der Entfernung des auf die x/y-Ebene projizierten Punktes P vom Ursprung entsprechend, und dem Winkel α, der die Punktrichtung auf der x/y-Ebene anzeigt, und zwar mit P(u·cosα|u·sinα|w(u, α)), worin w den Abstand des Punktes zur x/y-Ebene repräsentiert und der Gleichung w(u, α) = (b + u)·tan(α·arctan(h/2b)/ε) gehorcht, somit gleichzeitig auch den vertikalen Öffnungswinkel β am Brennpunkt F bestimmt, – die Variable u durchläuft den Bereich innerhalb der Zylindergrenzen von –a/2 bis a/2 und der Torsionswinkel α die Richtungen zwischen den Grenzwinkeln –ε und ε, wobei der Betrag von ε auf <180° begrenzt bleibt, – die den Schlitz formende Regelfläche (100) ist hinreichend mit die Größen a für den Durchmesser des Zylinders (200), b für die Entfernung des Brennpunktes F zum Ursprung, h für die Höhe der Regelfläche auf der z-Achse und dem Grenzwinkelbetrag ε hinreichend charakterisiert, – die Ausdehnung der Regelfläche (100) im Zylinder (200), festgelegt durch ±h/2, steht mit den Grenzen für den Torsionswinkel α, d. h. mit ±ε in einem Zusammenhang, – der Brennpunkt F kann unter Beibehaltung der Entfernung b vom Koordinatenursprung, d. h. auf einem konzentrischen Kreisbogen in der x/y-Ebene, prinzipiell seine Position nach F' hin durch eine Drehbewegung um den Drehwinkel ξ ändern, ohne dass sein prinzipieller Bezug zum Blendenkörper (200) verändert wird, – bei jedem vorgegebenen Wert für den Torsionswinkel α verläuft jeder Punkt P mit Werten für u zwischen –a/2 und a/2 auf einer Geraden durch die zentrale Drehachse, d. h. der z-Achse, und genau einem entsprechen um den Ursprung gedrehten Brennpunkt F' (ξ = α), – nach einer Drehung des Blendenkörpers (200) um den Winkel –ξ – α verläuft die Gerade durch alle Punkte mit Werten von u zwischen den bereits angegebenen Grenzen mit der Steigung β durch den originären Brennpunkt F, – aufgrund der Entstehung der Regelfläche (100) aus einer gleichmäßigen Torsion einer ebenen trapezförmigen Fläche (80) wird bei einer Schichtbildung um diese Flächen analog die Spaltbreite in der zylindrischen Blende (200) überall gleich sein, – auch aus Gründen der gleichmäßigen Torsion bleiben die Tangenten entlang der Spaltengrenzen auf der Zylinderoberfläche (200) überall gleich, woraus sich praktisch eine gleichgroße Durchtrittsöffnung für alle Winkelrichtungen β ergibt.
Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in ständiger Rotation zur Selektion eines Einzel- oder Nadelstrahles betrieben werden kann, wobei die Wechsel von einem Durchlauf durch den Öffnungsfächer (50) zum nächsten durch eine geeignete Wahl der Grenzen ±ε nahe an ±180° so kurz wie möglich gehalten werden können.
Blende nach Anspruch 1, in deren Brennpunkt wahlweise sich eine Strahlenquelle befinden kann, von der ein Nadelstrahl nach außen ausgeblendet werden soll, oder ein Strahlendetektor, der einen einfallenden Einzelstrahl detektiert und analysiert, sei es von einer aktiv strahlenden oder sekundär angeregten Quelle, wie sie beispielsweise bei der Positronenemissionstomographie (PET) vorkommen.
Blende nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlenquelle oder ein Detektor sich auf einem Kreisbogen (300) mit dem Radius b mechanisch hin und her bewegt werden kann, um nicht nur einen Fächerbereich, sondern eine geschlossene Fläche abzudecken.
Blende nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem Detektor, der den Strahleneinfall spaltenweise diskriminiert und zwischen der rotierenden Blende (200) und dem Brennpunkt F angeordnet ist, um so Spalte für Spalte die Richtung des entsprechenden virtuell verschobenen Brennpunktes F' vorzugeben, gegebenenfalls ein Zeilendetektor in der Nähe des Brennpunktes in der x/y-Ebene, und somit den mechanischen Vorschub umfangreicherer Vorrichtungen zur Strahlendetektion mitsamt ihren Anschlüssen erspart.
Blende nach den Ansprüchen 1 und 2 zu einem System erweitert mit einer zusätzlichen Hilfsblende (250) mit einem Spalt, der dem Verlauf des Strahlenfächers (50) ausgehend vom Brennpunkt F angepasst ist, gebogen gestaltet konzentrisch zur zentralen Blende angeordnet ist und auf einem entsprechenden Kreisbogen (310) hin und her bewegt wird und somit die Position eines virtuell verschobenen Brennpunktes F' bestimmt.
Blendensystem nach den Ansprüchen 1, 2 und 6 mit Strahlungsempfängern, den dazugehörigen Photovervielfachern und Lichtleitsystemen in verschiedenen Größen und Ausführungsformen kombiniert, vorzugsweise in einer dem Strahlengang angepassten Formen, beispielhaft in der Umgebung des Brennpunktes F oder zwischen diesem und der Zusatzblende (250) angeordnet und zu einer Kamera in einem gemeinsamen abgeschirmten Gehäuse vereint.
Blendensystem nach den Ansprüchen 1, 2 und 6 mit einer umgekehrten Strahlenrichtung (360) zur bildgebenden Detektion aus nächster Nähe, Platz bietend für einen großvolumigen Strahlenempfänger zur besonders empfindlichen Messung harter Strahlung in einer wohl abgeschirmten Kamera, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der Zusatzblende (250) am oder nahe dem Brennpunkt F zum Objekt nach außen weist und sich der Strahlendetektor (280) auf der anderen Seite in direkter Nachbarschaft zum zylindrischen Blendenkörper (200) befindet.
Blendensystem nach den Ansprüchen 1, 2, 6 und wahlweise 7 oder 8, bei dem in einem gemeinsamen abgeschirmten Gehäuse mehrere Detektormodule entlang einer verlängerten zylindrischen Blende mit den entsprechend korrespondierenden Schlitzen in der Regelflächenform (100), um länger gestreckte Flächen abzudecken oder auch, bei sich überschneidenden Strahlenfächern, tiefenaufgelöste Bilder zu erzeugen.
Mehrere gekoppelte und synchronisierte Blendensysteme nach den Ansprüchen 1, 2, 6 und wahlweise 7 oder 8 mit parallel angeordneten zylindrischen Blenden (200) zusammen mit ihren Detektionseinrichtungen in einer vereinten abgeschirmten Apparatur geradlinig oder in einem großen Kreisbogen angeordnet, um auf diese Weise z. B. tomographische Untersuchungen durchführen zu können.
Kontrollvorrichtung zur Synchronisation und Steuerung von Bildaufnahmen mittels der Drehphasenlage der zylindrischen Blende (200) nach den Ansprüchen 1 und 2 sowie des mechanischen Vorschubs zur Ortsveränderung eines Instrumentes am Brennpunkt F nach Anspruch 4 bzw. einer Zusatzblende (250) nach Anspruch 6 durch Positionskontrollsignale, die über Lichtschranken und mitlaufende Scheiben mit Lochmarkierungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine dieser Scheiben zumindest jede vollständige Umdrehung der Blende (200) und die andere zumindest das Erreichen der Endpositionen (330) in der Vorschubeinrichtung anzeigt, um damit geeignete Steuerbefehle für die Fortbewegung des Instruments am beweglichen Brennpunkt F' oder der Zusatzblende (250) auszulösen.