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Verfahren zur Herstellung von Rasterfilterplatten für die Röntgen-
und Radiographie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rasterfilterplatten
für die Röntgen- und Radiographie aus stark strahlungsabsorbierenden Materialien,
insbesondere Materialien hoher Nassendichte wie Schwermetalle, beispielsweise Blei.
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Rasterfilter für die Röntgen- oder Radiographie bestehen aus einer
Platte aus Schwermetall, insbesondere Blei, die feine und dicht beieinander liegende
Rasterkanäle aufweist. Fügt man ein solches Rasterfilter in den Strahlengang eines
Strahlenbündels ein, so wird bei jedem Rasterkanal von der auffreffenden Strahlang
nur denjenige Anteil durchgelassen, der etwa die gleiche ,Richtung hat wie die Achse
des betreffenden Rasterkanals. Die übrige Strahlung wird entweder ganz abgeschirmt
oder wenigstens durch Absorption In'der Platte erheblich geschwächt. Ein Rasterfilter
bewirkt demnach neben einer bestimmten Abschwächung der Gesamtstrahlung eine Anderung
der relativen Richtungsverteilung im hindurchgetretenen Strahlenbündel gegenüber
dem einfallenden
Strahlenbündel. Auf diese Anderung der Richtungsverteilung
kommt es in der Röntgen- und Radiographie wesentlich an. Die erzielte Änderung der
Richtungsverteilung läßt sich naturgemäß durch entsprechende Anordnung, Flächendichte
und Größe und Richtungsverteilung der Rasterkanäle in der Platte in weiten Grenzen
variieren. Beispielsweise bewirkt eine Rasterfilterplatte mit parallelen Rasterkanälen
eine Parallelisierung der Strahlung. Damit kann etwa bei der Bestrahlung eines Objekts
mit einer flächenhaften Strahlungsquelle, die in alle Richtungen emittiert, durch
Zwischenschalten der Rasterfilterplatte eine Verringerung der Beleuchtungsapertur
für das Objekt erreicht werden. Dadurch ergibt sich im Gegensatz zur direkten Bestrahlung
des Objekts mit diffusen Strahlen, die zu kontrastarmen Schattenprojektionen mit
geringem Auflösungsvermögen führt, eine Steigerung von Kontrast und Auflösungsvermögen
der Schattenprojektion. Aber auch bei nahezu punktförmigen Strahlungsquellen, bei
denen die Beleuchtungsapertur des bestrahlten Objekts von vornherein sehr klein
ist, kann durch Zwischenschalten einer Rasterfilterplatte die Qualität des erzielten
Durchleuchtungsbildes weiterhin gesteigertwerden, und zwar dadurch, daß die im Objekt
gestreute, aber nicht absorbierte Strahlung hinter dem Objekt ausgefiltert wird.
Dazu wird eine Rasterfilterplatte verwendet, deren Rasterkanäle alle auf einen Punkt,
das Projektionszentrum, ausgerichtet sind. Die Anordnung wird so getroffen, daß
sich die Strahlungsquelle in diesem Projektionszentrum befindet. Als Ergebnis wird
von der Rasterfilterplatte bevorzugt der ungestreute Strahlungsanteil durchgelassen.
Es ist natürlich auch möglich, die Richtungen der Rasterkanäle derart zu wählen,
daß die im
bestrahlten Objekt-unter einem speziellen Winkel gestreuten
Strahlen bevorzugt durchgelassen werden; in diesem Fall weisen die Richtungen der
Bohrkanäle nicht auf einen gemeinsamen Punkt, sondern die Verlängerungen der Achsen
der Rasterkanäle berühren eine einhüllende Fläche.
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Den als Beispiele geschilderten Anwendungsfällen, die sich über dies
beliebig kombinieren lassen, ist gemeinsam, daß die entstehenden Rasterbilder sich
durch eine beträchtliche Steigerung des Kontrasts und/oder des-Auflösungsvermögens
auszeichnen. Dabei hängt die erzielte Verbesserung im wesentlichen von den Querschnitten
und den Flächendichten der Rasterkanäle in der Rasterfilterplatte ab. Je feiner.die
Rasterkanäle sind und je dichter sie angeordnet sind, umso feinere Objektdetails
können wiedergegeben werden. Je größer das Verhältnis von Kanaltiefe zu Kanaldurchmesser
(das sogenannte Schachtverhältnis) ist, umso wirksamer beeinflußt die Rasterfilterplatte
die Richtungsverteilung im Strahlenbündel. Vorzugsweise werden grdße Schachtverhältnisse
bis 10:1 benötigt.
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Die Herstellung von Rasterfilterplatten mit den wünschenswerten hohen
Flächendichten und Feinheiten der Rasterkanäle bereitet erhebliche Schwierigkeiten.
Bekannte Rasterfilter sind deshalb aus zwei übereinanderliegenden Strichrasterplatten
zusammengesetzt, die sich leichter herstellen lassen. Derartige bekannte Strichrasterplatten
bestehen beispielsweise aus wechselweise übereinandergeschichteten Streifen aus
Blei und Kunststoff, wobei die fertige Platte etwa ein Raster von 40 Strichen pro
cm
und eine Dicke von 2,5 cm haben kann; dies entspricht einem Schachtverhältnis
von 10:1. Durch Übereinanderlegen zweier derartiger Strichrasterplatten mit um 900
gegeneinander verdrehten Strichrichtungen kann man ein zweidimensionales Rasterfilter
von 1.600 Rasterkanälen pro cm2 simulieren.
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Auch die Herstellung der beschriebenen Strichrasterplatten ist jedoch
verhältnismäßig umständlich, und es ist dabei nur mit Schwierigkeiten möglich, spezielle
Richtungsverteilungen der Rasterkanäle oder Rasterspalten zu erzielen, die von einfachen
oder Anordnungen mit einfachen Projektionszentren parallelen Anordnungen abweichen.
Auch der Steigerung der Flächendichte der Rasterkanäle sind fabrikatorische Grenzen
gesetzt.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren zur Herstellung
von Rasterfilterplatten anzugeben, das die vorbeschriebenen Nachteile nicht aufweist
und direkt die Herstellung zweidimensionaler (Punkt-) Rasterfilterplatten mit kleinen
Kanaldurchmessern, hohen Flächendichten (Anzahlen von Kanälen pro Flächeneinheit)
und großen Schachtverhältnissen ermöglicht, und zwar auch aus schlecht bearbeitbarem
Schwermetall, insbesondere Blei.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dient nach der Erfindung ein Verfahren der
eingangs angegebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Rasterkanäle durch
Bohren mit einem Elektronenstrahl hergestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von entscheidenden
Vorteilen:
Mit einem Elektronenstrahl können in kurzer Zeit sehr viele Rasterkanäle mit xtrem
hoher Dimensions- und Richtungsgenauigkeit hergestellt werden. Es lassen sich sehr
hohe Rasterkanal-Flächendichten (Anzahl von Rasterkanälen pro Flächeneinheit) und
sehr hohe Transparenzen (freier Kanalquerschnitt im Verhältnis zur Fläche der Rasterplatte)
erzielen; das Verhältnis des Abstandes benachbarter Rasterkanäle zum Durchmesser
der Rasterkanäle kann beispielsweise auf 1,2:1 gesenkt werden. Die hohe Richtungsgenauigkeit,
mit der Elektronenstrahlen angewandt werden können, ermöglicht eine besonders exakte
Ausrichtung der hergestellten Rasterkanäle. So ist es beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren durchaus möglich, Rasterplatten herzustellen, deren Rasterkanäle so-genau
auf ein Projektionszentrum in 1 m Abstand von der Platte ausgerichtet sind, daß
sich im Projlektionszentrum die Richtungen der einzelnen Rasterkanäle im räumlichen
Bereich schneiden, dessen Durchmesser in der Größenordnung 1 cm liegt. Das Schachtverhältnis
kann bis 10:1 gesteigert werden. Beispielsweise können in 1 mm dicke Metallplatten
Rasterkanäle mit 0,1 mm Durchmesser in einer Flächendichte von etwa 7000 Kanälen
pro cm2 hergestellt werden, was einer Transparenz-von etwa 55% entspricht.
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Eine besonders vorteilhafte~AúsfUhrungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
-Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rasterkanal mit einem einzelnen
Elektronenstrahlimpuls hergestellt wird. Das Bohren mit Elektronenstrahii-Einzelimpujsen
ist an sich bekannt. Es bietet den Vorteil, daß die Wärmebelastung des WerkstUcks
verringert werden kann, was insbesondere bei Blei
oder ähnlichen
Werkstoffen von Vorteil ist, und daß in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die
räumliche Leistungsdichteverteilung und/oder zeitliche Leistungsentwicklung der
Strahlimpulse in gewünschter Weise gesteuert werden kann, insbesondere zur Erzeugung
zeitlicher Rechteckimpulse mit hoher Leistungsdichte am Rand des Elektronenstrahlflecks.
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Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen erläutert,
wobei alle sich vom Stand der Technik unterscheidenden Merkmale von erfindungswesentlicher
Bedeutung sein können.
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Fig. 1 erläutert in einer Schnittdarstellung die Wirkungsweise einer
Rasterfilterplatte.
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Fig. 2 erläutert den Aufbau einer bekannten Rasterfilterplatte, die
aus zwei Strichrasterplatten zusammengesetzt ist.
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Fig. 3 erläutert in einer völlig schematischen Darstellung Ausfthrungsmdglichkeiten
der Erfindung.
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Fig. 1 erläutert schematisch die Anordnung einer Rasterplatte 2 mit
Rasterkanälen 4 hinter einem Objekt 6, aas von einer punktförmigen Strahlungsquelle
8 mit einem Strahlenbündel 10 durchstrahlt wird. Ferner sind schematisch Streuzentren
12. im Objekt 6 angedeutet.
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Fig. 2 erläutert den schon beschriebenen Aufbau einer Rasterfilterplatte
aus zwei übereinanderliegenden Strichrasterplatten 14' und 16. Jede der Strichrasterplatten
ist aus durchlässigen Streifen, beispielsweise aus Kunststoff oder Preßpappe, und'
das undurchlässigen mit abwechselnden/Streifen 20, beispielsweise aus Blei, zusammengesetzt.
Durch die gekreuzte Anordnung der Rasterstreifen ergibt sich etwa die gleiche Wirkung
wie bei der Verwendung einzelner Rasterkanäle.
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Fig. 3 erläutert Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auf einer Werkstückhalterung 22 ist eine mit Rasterkanälen zu versehende Platte
24 aus geeignetem Material, beispielsweise Blei, befestigt. Die Werktstückhalterung
ist mit Hilfe nicht dargestellter Bewegungseinrichtungen in allen drei Koordinatenrichtungen
bewegbar, was durch das oordinatenkreuz 27 angedeutet ist, sowie um mindestens zwei
Achsen schwenkbar.
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Die ganze Anordnung befindet-sich in einer nicht dargestellten Vakuumkammer.
Oberhalb'der Platte 24 ist ein Elektronenstrahlgenerator 26 angeordnet, der in bekannter
Weise ein steuerbares-Beschleunigungssystem, Fokussierungseinrichtungen und Justiereinrichtungen
aufweist. Der Aufbau solcher Elektronenstrahlgeneratoren für konstanten oder Impulsbetrieb,
sowie die dafür erforderlichen Versorgungseinrichtungen sind bekannt, so daß auf
eine nähere Beschreibung hier verzichtet wird. Der Generator 26 liefert einen Elektronenstrahl
28. Eine der Achsen, um die die Werkstückhalterung 22 bzw. das Werkstück 24 schwenkbar
ist, verläuft parallel zur Achse des Generators 26. Vorzugsweise ist unterhalb des
Generators 26 ein aus zwei Plattenpaare« bestehendes
Ablenksystem
30 für den Strahl 28 vorgesehen.
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In Fig. 3 ist als Beispiel dargestellt, daß in der Platte 24 Rasterkanäle
32 in einer zu einem Punkt 34 rotationssymmetrischen Anordnung erzeugt werden sollen,
wobei vorzugsweise außerdem die Richtungen der Rasterkanäle sich in einem gemeinsamen
Punkt schneiden sollen. Es ist klar, daß für den gewünschten Herstellungsvorgang
die Platte 24 eine durch den Pfeil 36 angedeutete Drehung um eine durch den Punkt
34 gehende Achse auszuführen hat, und daß dabei die Neigung der Platte 24 relativ
zum Strahl 28 von Arbeitsstelle zu Arbeitsstelle geändert werden muß. In Fig. 3
ist in der Schnittfläche die Herstellung eines Rasterkanals 32 angedeutet, der um
einen Winkel 4> gegen die Platte 24 geneigt ist.
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Um bei höheren Elektronenstrahl-Impuls frequenzen den Vorteil gleichförmiger
Werkstückbewegung beibehalten zu können, ist eine Strahlmitführung vorteilhaft.
Betrachtet man als Beispiel, daß die Rasterkanäle auf einer Spirale mit dem Kanalabstand
als konstanter Ganghöhe angeordnet sind und daß außerdem die Rasterkanäle alle auf
ein Projektionszentrum weisen, so kann man unter Verwendung geeigneter Strahlmitführung
während der Einzelimpulsbohrung alle Dreh-, Schwenk-, Verschiebe-Bewegungen des
Werkstücks kontinuierlich ausführen. Es seien drei Möglichkeiten beispielsweise
erwähnt: a) das Werkstück bzw. die Werkstückhalterung ist auf einer Dreh-Schwenkvorrichtung
montiert, die in x- und z-Richtung
gesteuert verschoben werden
kann. Bei maximal 240 Neigung gegen die Horizontale wäre bei einem üblichen Elektronenstrahlgenerator
aufgrund der Form der Ablenkspulen seines Fokussierungssystems eine Fokuslänge von
180 mm, von der Linsenmitte aus gerechnet, vorgegeben. Die Arbeitskammer muß dann
neben dem Generator eine freie Höhe im Innenraum von 270 mm unterhalb des Generators
aufweisen, um die schrägstehende Platte aufzunehmen.
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b) Das Werkstück ist auf einem in x-Richtung und entsprechend dem
Pfeil 36 drehbaren Tisch montiert. Der Generator kann in einer Ebene bis zu 240
geneigt werden. Das Zentrum der Schwenkbewegung liegt entweder in der Ebene des
Generator flansches, was aus vakuum technischen Gründen optimal wäre, oder der Ebeneedes
Werkstücks, was bezüglich der Arbeitsbedingungen optimal wäre.
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c) Das Werkstück ist auf einem in x-Richtung und verschiebbaren und
entsprechend dem Pfeil 36 drehbaren Tisch montiert. Der Strahl kann durch ein geeignetes
Ablenksystem derart geneigt gegen die optische Achse mitgeführt werden, daß Rasterkanäle
vorgegebener Neigung entstehen.
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Die Anordnung der Rasterkanäle wird durch den speziellen Anwendungsfall
weitgehend vorgeschrieben. Die Dichte der Rasterkanäle kann konstant sein oder über
die Fläche variieren. Im allgemeinen können quadratische oder hexagonale Anordnungen
oder solche
auf Kreisen in Betracht kommen.
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Sofort nach der Perforation der Rasterplatte können die frisch hergestellten
Rasterkanäle im Vakuum oder an Luft mit einem Kunststoff vergossen werden, um ein
nachträgliches Zuschmieden oder Zuschmieren zu verhindern.