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Die
Erfindung betrifft einen Strahlungswandler zur Wandlung von Röntgenstrahlung
in Licht, einen den Strahlungswandler umfassenden Strahlungsdetektor
und sowie Verfahren zu deren Herstellung.
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Ein
Strahlungswandler und ein Verfahren zu dessen Herstellung sind z.
B. aus der
US 2006/0108533
A1 bekannt. Der bekannte Strahlungswandler weist ein Array
aus einzelnen Szintillatorbildpunkten, bzw. Szintillatorpixeln,
auf. Die Szintillatorpixel sind durch Zwischenräume getrennt,
in welchen zur Vermeidung eines optischen Übersprechens
so genannte Septen vorgesehen sind. Bei dem bekannten Verfahren
wird zunächst eine Gussform hergestellt, welche zu den
Szintillatorpixeln komplementär ist. In die Gussform wird
eine Szintillationssubstanz gegossen. Nach Verfestigen der Szintillationssubstanz
wird die Gussform entfernt und die Zwischenräume werden
mit Septenmaterial verfüllt.
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Aus
der
DE 10 2005
010 077 A1 ist ein Strahlungswandler bekannt, welcher eine
Vielzahl von matrixartig angeordneten Szintillatorpixeln aufweist, welche
zur Vermeidung eines optischen Übersprechens durch Septen
voneinander getrennt sind.
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Die
vorgenannten, bekannten Strahlungswandler bzw. damit hergestellte
Strahlungsdetektoren erfordern einen hohen Herstellungsaufwand.
Damit unmittelbar verbundenen sind hohe Herstellungskosten. Insbesondere
erfordert die Pixelierung des Strahlungswandlers eine aufwändige
lagegenaue Positionierung der Szintillatorpixel einem entsprechenden
Lichtwandlerarray.
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Bei
dem erstgenannten Strahlungswandler ist es ferner von Nachteil,
dass – bedingt durch das verwendete gießfähige
Szintillationsmaterial – Streuprozesse im Szintillationsmate rial
begünstigt werden wodurch eine Weglänge des darin
erzeugten Lichts vergrößert wird, was sich negativ
auf Eigenschaften wie Nachleuchten oder Driftverhalten auswirkt.
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Aus
der
DE 10 2004
020 468 A1 ist ein aus einer Vielzahl von Szintillationsfasern
zusammengesetzter, nicht in einzelne Pixel unterteilter Strahlungswandler
bekannt. Zwar kann dieser infolge der Vermeidung einer Pixelierung
in einfacher Weise auf einem Lichtwandlerarray positioniert werden.
Jedoch ist auch dessen Herstellung aufwändig und kostenintensiv.
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Darüber
hinaus sind pixelierte Strahlungswandler bekannt, deren Szintillatorpixel
durch Zersägen eines zuvor hergestellten monolithischen
Keramikblocks hergestellt werden. Dabei sind einerseits die Herstellung
und andererseits das Zersägen des Keramikblocks aufwändig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu
beseitigen. Es soll insbesondere ein Strahlungswandler bzw. Strahlungsdetektor
angegeben werden, welcher besonders einfach und kostengünstig
herstellbar ist und besonders vorteilhafte lichtführende
Eigenschaften aufweist. Ferner sollen einfache und kostengünstige Verfahren
zur Herstellung des Strahlungswandlers und Strahlungsdetektors angegeben
werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche
1, 14, 17 und 28. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Ansprüchen 2 bis 13, 15 und 16, 18 bis 27 und 29, 30.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Strahlungswandler zur
Wandlung von Röntgenstrahlung in Licht vorgesehen. Der
Strahlungswandler umfasst ein Szintillationsmaterial zur Wandlung der
Röntgenstrahlung in Licht. In das Szintillationsmaterial
sind im Wesentlichen in paralleler Ausrichtung säulenartig
ausgebildete lichtführende Elemente zum Führen
des Lichts in deren Längsrichtung eingebettet. Bezüglich
der Längsrichtung liegen dabei auf einer Lichtaustrittsfläche
des Strahlungswandlers gelegene Deckflächen der lichtführenden
Elemente frei.
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Die
auf den Strahlungswandler auftreffende Röntgenstrahlung
wird im Szintillationsmaterial in Licht umgewandelt. Das im Szintillationsmaterial
erzeugte Licht oder zumindest ein Teil dessen durchquert das Szintillationsmaterial
in Richtung einer Lichtaustrittsfläche des Strahlungswandlers
und kann dort mit geeigneten Lichtwandlerelementen erfasst und in
elektrische Signale gewandelt werden. Trifft das Licht im Szintillationsmaterial
auf ein lichtführendes Element, so dringt das Licht in
dieses ein und kann mit hoher Wahrscheinlichkeit und besonders effektiv
zur Lichtaustrittsfläche und damit zu den Lichtwandlerelementen
geführt werden. Durch eine mehr oder weniger dichte Anordnung
der lichtführenden Elemente kann beeinflusst werden, welche
Weglänge das Licht im statistischen Mittel im Szintillationsmaterial
senkrecht zu den lichtführenden Elementen zurücklegt.
Damit ist es möglich, eine mit der Ortsauflösung
des Strahlungswandlers verknüpfte Punktbildfunktion an
jeweilige Erfordernisse optimal anzupassen. Die Auflösung
des Strahlungswandlers wird primär durch die in weiten
Grenzen variable/n Abmessungen und eine Flächendichte der
lichtführenden Elemente in Ebenen parallel zur Strahlungseintrittsfläche
beeinflusst.
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Die
lichtführenden Elemente können aus einem einfach
verarbeitbaren und kostengünstigen, für das Licht
transparenten Kunststoffmaterial hergestellt sein. Insbesondere
kommen Kunststoffmaterialien in Betracht, deren lichtoptische Eigenschaften
an das Szintillationsmaterial besonders gut angepasst sind. Als
eine die lichtoptischen Eigenschaften beschreibende physikalische
Größe kommt dabei unter anderem der optische Brechungsindex
in Betracht. Bei einer bestmöglichen Passung der Brechungsindices
des Szitillationsmaterials und des Materials der lichtführenden
Elemente, können Verluste beim Übergang vom Szintillationsmaterial
zu den lichtführenden Elementen minimiert werden. Dadurch
bedingt kann die Ge nauigkeit der Erfassung der Röntgenstrahlung
optimiert werden.
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Eine
Längs- und oder Querschnittsform der lichtführenden
Elemente kann insoweit beliebig gewählt werden, als durch
die entsprechend der jeweiligen Form ausgebildeten lichtführenden
Elemente eine effektive Führung des Lichts zur Lichtaustrittsfläche
möglich ist. Die lichtführenden Elemente können z.
B. faserartig ausgebildet sein. Sie können einen rechteckigen,
sechseckigen, runden, ovalen usw. Querschnitt aufweisen. Im Längsschnitt
können die lichtführenden Elemente je nach Anforderungen
an die Führung des Lichts z. B. rechteckförmig
sein oder sie können einen beliebigen sich kontinuierlich
verändernden Querschnitt, wie z. B. eine Dreiecksform, aufweisen.
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Die
lichtführenden Elemente können im Wesentlichen
in einer beliebigen gegenseitigen Anordnung eingebettet sein. Vorzugsweise
sind die lichtführenden Elemente jedoch entsprechend einem
vorgegebenen geometrischen Muster, z. B. matrixartig in Zeilen und
Spalten, eingebettet. Das Muster ist verknüpft mit der
Flächendichte der lichtführenden Elemente, d.
h. der Anzahl der lichtführenden Elemente pro Flächeneinheit
parallel zur Einfallsfläche der Röntgenstrahlung. Über
die Flächendichte können Auflösung und
Punktbildfunktion des Strahlungswandlers beeinflusst werden. Vorzugsweise
ist das Muster derart, dass die lichtführenden Elemente
zumindest in Ebenen senkrecht zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung
isotrop angeordnet sind.
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Die
lichtführenden Elemente weisen vorzugsweise einen mittleren
Durchmesser von 50 μm bis 500 μm, 100 μm
bis 300 μm bzw. 150 μm bis 200 μm auf.
Mit steigendem Durchmesser steigt eine Einfangfläche der
lichtführenden Elemente für das Licht und damit
die Wahrscheinlichkeit, dass das im Szintillationsmaterial erzeugte
Licht zur Lichtaustrittsfläche geführt wird. Allerdings
steigt mit steigendem Durchmesser die durch die lichtführenden
Elemente verursachte Totzone. Durch geeignete Wahl des Durchmessers
und, ggf. in Abhängigkeit des geometrischen Musters der
Anordnung und der Querschnittsformen, kann für jeweilige
Anforderungen ein optimaler Kompromiss zwischen Punktbildfunktion, optimaler
Lichtführung und Sensitivität des Strahlungswandlers
erreicht werden.
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Der
Strahlungswandler kann ein Trägersubstrat umfassen, von
welchem die lichtführenden Elemente in einer Normalenrichtung
einer Trägersubstratoberfläche säulenartig
vorspringen. Das Trägersubstrat dient unter anderem dazu – was
der Begriff "Trägersubstrat" bereits impliziert – die
lichtführenden Elemente in einer vorgesehenen Anordnung
und Ausrichtung, insbesondere beim Herstellungsprozess des Strahlungswandlers,
zu halten. Ferner kann der Strahlungswandlers durch das Trägersubstrat mechanisch
stabilisiert werden. Bei Verwendung des Trägersubstrats
kann insbesondere die Herstellung des Strahlungswandlers vereinfacht
werden.
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Das
Trägersubstrat kann aus einem für das Licht transparenten
Material hergestellt sein. In Betracht kommt – in Analogie
zu den lichtführenden Elementen – ein Kunststoffmaterial.
Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Licht über
das Trägersubstrat ausgekoppelt wird.
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Das
Trägersubstrat und die lichtführenden Elemente
können einstückig ausgebildet sein. Dabei können
das Trägersubstrat mit den darauf ausgebildeten lichtführenden
Elementen in einem einheitlichen Herstellungsprozess hergestellt
werden. Das bedeutet eine Vereinfachung der Herstellung und eine
Verringerung damit verbundener Kosten. Letzteres gilt insbesondere
dann, wenn das Trägersubstrat und die lichtführenden
Elemente aus gleichem Material sind.
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Das
Szintillationsmaterial kann eine zur Wandlung der Röntgenstrahlung
geeignete pulverartige oder gekörnte Szintillationssubstanz
umfassen. Derartige Szintillationssubstanzen können einfach verarbeitet
werden, wodurch die Herstellung weiter vereinfacht werden kann.
Beispielsweise ist es u. U. nicht erforderlich, aus der pulverartigen
Szintillationssubstanz einen Szintillatorrohling herzustellen, bzw. zu
pressen. Das Szintillationsmaterial kann ein Gemisch aus einer Trägersubstanz
und der Szintillationssubstanz umfassen. Bei der Trägersubstanz
kann es sich um einen Kleber, einen Kunststoff, insbesondere um
ein Epoxidharz handeln. Vorteilhafter Weise sind Eigenschaften der
Trägersubstanz und der Szintillationssubstanz derart kompatibel,
dass eine in einfacher Weise zu verarbeitende Verguss- bzw. Füllmasse
herstellbar ist.
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Als
Szintillationssubstanz kommt z. B. ein keramischer Werkstoff in
Betracht. Dabei können vorteilhafte Szintillationseigenschaften
bekannter keramischer Werkstoffe ausgenutzt werden, ohne dass eine,
wie z. B. aus der
DE
101 08 553 A1 bekannte, aufwändige Herstellung
eines Keramikrohlings oder Grünkörpers erforderlich
ist.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Strahlungsdetektor zur
Wandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Signale vorgesehen.
Der Strahlungsdetektor umfasst den erfindungsgemäßen Strahlungswandler
oder eine Ausgestaltung desselben. Der Strahlungsdetektor umfasst
ferner zumindest ein Lichtwandlerelement, z. B. eine oder mehrere
Photodioden, zur Wandlung des Lichts in elektrische Signale. Das
zumindest eine Lichtwandlerelement, ist mit einer Lichteintrittsfläche
auf einer im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der
lichtführenden Elemente verlaufenden Lichtaustrittsfläche des
Strahlungswandlers angebracht. Zur Sicherstellung eines möglichst
verlustfreien optischen Übergangs zwischen Strahlungswandler
und Lichtwandlerelement, ist es von Vorteil, wenn optische Eigenschaften
des Strahlungswandlers und des/der Lichtwandlerelements/e aneinander
bestmöglich angepasst sind. Gegebenenfalls kann der optische Übergang
durch weitere, zwischen dem Strahlungswandler und dem Lichtwandlerelement
vorgesehene optische Kopplungsmedien weiter verbessert werden.
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Das
Lichtwandlerelement kann auf dem Trägersubstrat oder auf
einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite
des Strahlungswandlers angebracht sein. Je nach erforderlicher Auflösung
kann eine Vielzahl an, insbesondere matrixartig in Zeilen und Spalten
angeordneten, Lichtwandlerelementen vorgesehen sein.
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Bezüglich
Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen des Strahlungsdetektors wird
auf Vorteile und vorteilhafte Wirkungen des Strahlungswandlers verwiesen.
Insbesondere kann der Strahlungsdetektor besonders einfach und kostengünstig
hergestellt werden.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Strahlungswandlers zur Wandlung von Röntgenstrahlung
in Licht vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren
umfasst die Schritte:
- a) Herstellen eines Trägersubstrats
mit einer Vielzahl in Normalenrichtung einer Trägersubstratoberfläche
des Trägersubstrats im Wesentlichen in paralleler Ausrichtung
vorspringenden, säulenartigen, zum Führen des
Lichts geeigneten lichtführenden Elementen,
- b) Herstellen eines füllfähigen Szintillationsmaterials
und
- c) Aufbringen des Szintillationsmaterials auf die Trägersubstratoberfläche
derart, dass sich zumindest ein zusammenhängender Bereich
ergibt, in welchem zumindest Mantelflächen der lichtführenden
Elemente vom Szintillationsmaterial umgeben sind.
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Aus
den oben beschriebenen Eigenschaften und Vorteilen des Strahlungswandlers
und des Strahlungsdetektors folgt unmittelbar, dass das erfindungsgemäße
Verfahren besonders einfach und kostengünstig durchgeführt
werden kann. Insoweit wird auf die vorangehenden Ausführungen
verwiesen. Die Schritte lit. a) und b) können in beliebiger
Reihenfolge ausgeführt werden. Unter Mantelfläche
wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass eine das Volumen eines
lichtführenden Elements begrenzende Oberfläche
aus einer Grundfläche, Deckfläche und der Mantelfläche
besteht, wobei die Grundfläche bzw. Deckfläche
im Wesentlichen parallel zur Lichtaustrittsfläche sind.
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Das
Trägersubstrat kann nach Aufbringen des Szintillationsmaterials
abgetragen werden. Dadurch kann die Bauhöhe des Strahlungsdetektors verringert
werden. Es ist auch möglich, dass der Strahlungswandler
ohne vorsehen des Trägersubstrats hergestellt wird. Dabei
werden die lichtführenden Elemente in geeigneter Weise
gehalten, während diese in eine Schicht des Szintillationsmaterials
in der erfindungsgemäßen Orientierung eingebettet
werden.
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Entsprechend
der Ausgestaltungen des Strahlungswandlers und des Strahlungsdetektors können
bei dem Verfahren nach dem dritten Aspekt
- – zumindest
die lichtführenden Elemente aus einem für das
Licht transparenten Material, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial,
hergestellt werden,
- – die lichtführenden Elemente faserartig ausgebildet
werden,
- – die lichtführenden Elemente entsprechend
einem vorgegebenen geometrischen Muster, vorzugsweise matrixartig
in Zeilen und Spalten, ausgebildet werden,
- – das Trägermaterial aus einem für
das Licht transparenten Material, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial,
hergestellt werden,
- – das Szintillationsmaterial aus einer zur Wandlung
der Röntgenstrahlung in das Licht geeigneten pulverartigen
oder gekörnten Szintillationssubstanz hergestellt werden,
- – das Szintillationsmaterial als Gemisch, umfassend
eine Trägersubstanz und die Szintillationssubstanz hergestellt
werden,
- – die Trägersubstanz aus einem Kleber, einem Kunststoff,
insbesondere einem Epoxidharz, hergestellt werden,
- – die Szintillationssubstanz aus einem keramischen
Werkstoff hergestellt werden,
Vorteile und vorteilhafte
Wirkungen des Verfahrens, einschließlich der Merkmale der
vorangehenden Aufzählung, ergeben sich unmittelbar aus
Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen des Strahlungswandlers und Strahlungsdetektors.
Insbesondere wird auf eine besonders einfache und kostengünstige
Herstellung sowie auf vorteilhafte Detektionseigenschaften, wie
z. B. der Punktbildfunktion, verwiesen.
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Zur
weiteren Vereinfachung des Verfahrens kann das Trägersubstrat
mit den lichtführenden Elementen mittels eines Spritzgussverfahrens
hergestellt werden.
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Nach
einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors oder
einer Ausgestaltung desselben vorgesehen. Das Verfahren nach dem vierten
Aspekt umfasst das Verfahren nach dem dritten Aspekt der Erfindung
und den weiteren Schritt:
- – Anbringen
eines zur Wandlung des Lichts in elektrische Signale geeigneten
Lichtwandlerelements mit einer Lichteintrittsfläche desselben
auf einer senkrecht zu einer Längsrichtung der lichtführenden
Elemente verlaufenden Lichtaustrittsfläche des Strahlungswandlers.
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Das
Lichtwandlerelement kann auf dem Trägersubstrat oder auf
einer dem Trägersubstrat gegenüberliegenden Seite
des Strahlungswandlers angebracht werden.
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In
einem weiteren Schritt des Verfahrens nach dem vierten Aspekt kann
das Trägersubstrat abgetragen werden, beispielsweise bevor
das/die Lichtwandlerelemente angebracht werden.
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Bezüglich
Vorteilen und vorteilhaften Wirkungen des Verfahrens nach dem vierten
Aspekt wird auf Ausführungen zum Strahlungswandler, Strahlungsdetektor
und Verfahren nach dem dritten Aspekt verwiesen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Trägersubstrats mit lichtführenden
Elementen;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Strahlungswandlers, umfassend das
die lichtführenden Elemente aufweisende Trägersubstrat
und ein darauf aufgebrachtes Szintillationsmaterial;
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3 eine
Draufsicht auf den Strahlungswandler der 2;
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4 eine
schematische Schnittdarstellung eines den Strahlungswandler der 2 umfassenden
Strahlungsdetektors;
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5 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Strahlungsdetektors
der 4; und
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6 einen
Aufbau eines Strahlungsdetektors nach dem Stand der Technik.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts anderes angegeben
ist. Die Figuren sind lediglich schematisch illustrativ zu verstehen,
wobei Darstellungen in den Figuren nicht maßstabsgetreu
zu sein brauchen und Maßstäbe zwischen den Figuren
variieren können.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines einen Bestandteil des erfindungsgemäßen Strahlungswandlers
bildenden Trägersubstrats 1 mit lichtführenden
Elementen 2. Die lichtführenden Elemente 2 springen
von einer Trägersubstratoberfläche 3 in
einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung und parallel zu einer
Normalenrichtung N säulenartig vor. Die lichtführenden
Elemente 2 weisen einen kreisförmigen Quer schnitt
auf. Es sind jedoch auch elliptische, rechteckige, rautenförmige
Querschnitte usw. denkbar. Ein Vorteil des kreisförmigen
Querschnitts ist eine dadurch erhaltene Isotropie in Ebenen parallel
zur Trägersubstratoberfläche. Die Herstellung
des Trägersubstrats 1 mit den darauf vorgesehenen
lichtführenden Elementen 2 stellt einen ersten
Schritt bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen
Strahlungswandlers dar, was in 5 dargestellt ist.
Das Trägersubstrat 1 mit den lichtführenden
Elementen 2 kann z. B. mittels Spritzgießen hergestellt werden.
Es kommen aber auch andere, zur Herstellung von Mikrostrukturen
bekannte Verfahren in Betracht.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Strahlungswandlers, umfassend das
die lichtführenden Elemente 2 aufweisende Trägersubstrat 1 mit
einem auf der Trägersubstratoberfläche 3 aufgebrachten
Szintillationsmaterial 4. Das Szintillationsmaterial 4 ist
auf die Trägersubstratoberfläche 3 derart
aufgebracht, dass die lichtführenden Elemente 2 im Szintillationsmaterial 4 eingebettet
sind, wobei Mantelflächen der lichtführenden Elemente 2 vom
Szintillationsmaterial umgeben sind und jeweils zumindest eine Deckfläche 5 nicht
vom Szintillationsmaterial 4 überdeckt ist. Das
Herstellen des Szintillationsmaterials 4 und dessen Aufbringen
auf die Trägersubstratoberfläche 3 stellen
einen zweiten und dritten Schritt bei der Herstellung des Strahlungswandlers
dar, es wird auch auf 5 verwiesen.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf den Strahlungswandler der 2.
Daraus ist zu erkennen, dass die lichtführenden Elemente 2 matrixartig
in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die lichtführenden Elemente 2 können
auch in einem anderen als dem gezeigten geometrischen Muster angeordnet
sein. Vorzugsweise ist die Anordnung in zur Trägersubstratoberfläche 3 parallelen
Ebenen isotrop. Ein Durchmesser D der lichtführenden Elemente
liegt im Bereich zwischen 50 μm bis 500 μm. Je
nach Erfordernissen kann der Durchmesser D auch im Bereich zwischen
100 μm bis 300 μm oder zwischen 150 μm
bis 200 μm liegen
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4 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines den Strahlungswandler
der 2 umfassenden Strahlungsdetektors. Die Funktion
und weitere Eigenschaften des Strahlungsdetektors und des Strahlungswandlers
sind wie folgt:
Der Strahlungswandler ist ausgebildet um eine
in Richtung einer Strahlungseintrittsfläche 6 einfallende Röntgenstrahlung 7 in
Licht 8 zu wandeln. Dazu ist das Szintillationsmaterial 4 vorgesehen,
in welchem die Wandlung der Röntgenstrahlung 7 in
das Licht 8 erfolgt. Zur einfacheren Herstellung und Verarbeitung kann
das Szintillationsmaterial 4 aus einer Trägersubstanz,
z. B. einem Kleber oder einem Kunststoff, und einem Szintillationspulver
hergestellt sein. Das im Szintillationsmaterial 4 erzeugte
Licht 8 bzw. zumindest ein Teil dessen kann mittels Photodioden 9 erfasst
und in elektrische Signale zur Erzeugung eines Röntgenbilds
umgewandelt werden. Der Strahlungsdetektor kann mehrere der in 2 gezeigten Strahlungswandler
aufweisen, welche randseitig aneinander liegend zur Ausbildung eines
Arrays angeordnet sind. Die Photodioden 9 können
eindimensional, z. B. in einer Zeile, oder zweidimensional, z. B.
in mehreren Zeilen, angeordnet sein.
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Die
Photodioden 9 sind an einer Lichtaustrittsfläche 10 des
Strahlungswandlers angebracht. In der gezeigten Darstellung fällt
die Lichtaustrittsfläche 10 mit derjenigen Seite
des Strahlungswandlers zusammen, auf welcher die Deckflächen 5 nicht
mit Szintillationsmaterial 4 bedeckt sind. Alternativ können
die Photodioden 9 auch auf einer der Trägersubstratoberfläche 3 gegenüberliegenden
Seite des Trägersubstrats 1 angebracht werden.
Die Photodioden 9 sind relativ zu den lichtführenden
Elementen 2 derart positioniert, dass jedes lichtführende
Element 2 mittig auf einer Lichteintrittsfläche 11 einer
jeweiligen Photodiode 9 angeordnet ist.
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Das
im Szintillationsmaterial 4 erzeugte Licht 8 kann
auf zweierlei Weise zur Lichtaustrittsfläche 10 gelangen:
- i) Das Licht 8 oder zumindest ein
Teil dessen durchquert das Szintillationsmaterial 4, ausgehend
vom Entstehungsort des Lichts, in Richtung der Photodioden 9 und
wird nach Verlassen des Szintillationsmaterials 4 an der
Lichtaustrittsfläche 10 von einer der Photodioden
erfasst.
- ii) Das Licht 8 oder ein Teil dessen trifft auf ein lichtführendes
Element 2, dringt in dieses ein, wird in dessen Längsrichtung
mit hoher Wahrscheinlichkeit zu der unter dem lichtführenden
Element 2 gelegenen Photodiode 9 geführt,
kann über die Deckfläche 5 an der Lichtaustrittsfläche 10 austreten
und von der jeweiligen Photodiode 9 erfasst werden.
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Zur
Vermeidung von Verlusten betreffend das im Szintillationsmaterial 4 erzeugte
Licht 8 kann die von der Lichtaustrittsfläche 10 abgewandte
Strahlungseintrittsfläche 6 des Strahlungswandlers
mit einem nicht gezeigten Reflektormaterial für das Licht 8 beschichtet
sein.
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Das
Trägersubstrat 1 und die lichtführenden Elemente 2 sind
aus gleichem Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff, mittels
Spritzgießen hergestellt. Das Szintillationsmaterial 4 umfasst
eine pulverartige Szintillationssubstanz, im Weiteren Szintillationspulver
genannt, welche mit einer Trägersubstanz gemischt ist.
Die Trägersubstanz kann ein Kleber, Kunststoff, insbesondere
Epoxidharz, sein, in welcher das Szintillationspulver dispergiert
ist. Das Szintillationspulver kann aus einem keramischen Werkstoff
hergestellt sein, welcher z. B. zur Herstellung eines Szintillationsgrünkörpers
geeignet ist.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Strahlungsdetektors
der 4. Wie sich insbesondere aus der Beschreibung zu 1 bis 4 ergibt,
umfasst ein erster Schritt S1 des Verfahrens die Herstellung des
Trägersubstrats 1 mit den darauf vorgesehenen
lichtführenden Elementen 2. Das kann z. B. mittels
Spritzgießen erfolgen. Ein zweiter Schritt S2 umfasst die
Herstellung des Szintillationsmaterials 4 in füllfähiger
Konsistenz. In einem dritten Schritt S3 wird das Szintillationsmaterial 4 auf
die Trägersubstratoberfläche 3 aufgebracht.
Die Schritte S1 bis S3 stellen ein Verfahren zur Herstellung des
in 2 dargestellten Strahlungswandlers gemäß dem
dritten Aspekt der Erfindung dar. In einem vierten Schritt S4 werden
die Photodioden 9 mit dem Strahlungswandler verbunden, wobei
die Photodioden 9 mit der Lichteintrittsfläche 11 auf
der Lichtaustrittsfläche 10 des Strahlungswandlers
angeordnet werden.
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6 zeigt
einen teilweise aufgebrochenen Aufbau eines herkömmlichen
Strahlungsdetektors. Der herkömmliche Strahlungsdetektor
weist eine Photodiodenmatrix 12 auf, welche mittels einer
Klebstoffschicht 13 auf einem Szintillatorarray 14 angeordnet
ist. Das Szintillatorarray 14 weist eine zu Photodioden 15 der
Photodiodenmatrix 12 korrespondierende Anzahl an Szintillatorelementen 16 auf.
Zur Vermeidung eines optischen Übersprechens der Szintillatorelemente 16 sind
zwischen diesen für das Licht 8 nicht transparente
Septen 17 vorgesehen. Das Szintillatorarray 14 und
die Photodiodenmatrix 12 müssen bei der Herstellung
des Strahlungsdetektors derart relativ zueinander positioniert werden, dass
die Septen 17 über entsprechenden, zwischen den
einzelnen Photodioden 15 gelegenen inaktiven Bereichen
zu liegen kommen. Das ist aufwändig und bedingt ein kostenintensives
Herstellungsverfahren.
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In
Zusammensicht der obigen Ausführungen ergeben sich für
den erfindungsgemäßen Strahlungswandler, Strahlungsdetektor
bzw. für die entsprechenden Verfahren zu deren Herstellung
nachfolgende Vorteile:
Ein herstellungstechnisch aufwändiges,
lagegenaues Positionieren des Strahlungswandlers auf den Photodioden 9 ist
nicht erforderlich. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die
lichtführenden Elemente 2 in einer vorgegebenen
Ausrichtung auf den Photodioden positioniert werden.
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Der
Herstellungsaufwand für den Strahlungswandler, und damit
den Strahlungsdetektor kann deutlich verringert werden. Beispielsweise
kann eine aufwändige und kostenintensive Herstellung von
Keramikgrünkörpern und deren Weiterverarbeitung
zur Herstellung der Szintillatorelemente 16 und Septen 17 umgangen
werden. Stattdessen werden bei dem erfindungsgemäßen
Strahlungswandler gekörnte, pulverförmige oder
fließfähige Szintillationsmaterialien verwendet,
welche eine besonders einfache Verarbeitung ermöglichen.
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Mit
den lichtführenden Elementen 2 kann eine besonders
hervorragende Lichtleitung des Lichts 8 aus dem Szintillatormaterial 4 zu
den Photodioden 9 erreicht werden. Trotz der Tatsache,
dass beim erfindungsgemäßen Strahlungswandler
keine Septen 17 vorgesehen sind, kann eine besonders vorteilhafte
Punktbildfunktion erreicht werden.
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Der
Strahlungswandler bzw. der Strahlungsdetektor sind insbesondere
zur Verwendung bei einem Röntgen-Computertomografen geeignet.
Dabei ist der Strahlungswandler bzw. der Strahlungsdetektor nicht
auf diese Verwendung beschränkt und kann auch in anderen
Röntgeneinrichtungen, z. B. zur Materialprüfung,
zur Untersuchung von Gepäckstücken usw. verwendet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2006/0108533
A1 [0002]
- - DE 102005010077 A1 [0003]
- - DE 102004020468 A1 [0006]
- - DE 10108553 A1 [0020]