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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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Aus
der
DE 100 21 938
A1 ist ein optisch anisotropes Szintillatorverbundmaterial
umfassend ein Szintillatorgrundmaterial und darin eingebettete strahlungsabsorbierende
oder -reflektierende Fasern. Aus der
DE 197 15 725 C1 ist ein Leuchtstoffkörper mit
einer keramischen Leuchtstoff-Matrix bekannt, in welcher annähernd parallele
optische Kanäle
gleichmäßig verteilt
angeordnet sind. Die
DE
10 2004 060 932 A1 betrifft einen Strahlungsdetektor mit einer
Wandlerschicht, die als photonischer Kristall ausgebildet ist. Die
Wandlerschicht kann eine Vielzahl an Fasern umfassen.
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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, 13, 16 und 27. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Ansprüchen 2
bis 12, 14 und 15, 17 bis 26, 28 und 29.
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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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Der
Strahlungswandler umfasst ein Trägersubstrat,
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 Strahlungswandler durch das Trägersubstrat mechanisch stabilisiert
werden. Bei Verwendung des Trägersubstrats
kann insbesondere die Herstellung des Strahlungswandlers vereinfacht
werden.
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Das
Trägersubstrat
ist aus einem für
das Licht transparenten Material hergestellt. 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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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.
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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 Szintillationsmaterials 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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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, wobei das Trägersubstrat
aus einem für
das Licht transparenten Material hergestellt wird.
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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 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.