DE2626068A1

DE2626068A1 - Ionographische aufzeichnung von roentgenbildern

Info

Publication number: DE2626068A1
Application number: DE19762626068
Authority: DE
Inventors: Gerd Dipl Phys Dr Rer Goldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-10
Filing date: 1976-06-10
Publication date: 1977-12-22
Also published as: GB1536635A; US4119848A; FR2354584A1; FR2354584B1; JPS52151029A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ZOZDÜbö _Unser Zeichen Berlin und München ο _ VPA 75 P 7 0 6 0 BRD

Ionographische Aufzeichnung von Röntgenbildern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum ionographischen Aufzeichnen von Röntgenbildern in einer thermoplastischen Schicht.

Eine derartige Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 436 894 (= VPA 74/7118) bekannt. Gemäß dieser Druckschrift ist in einer Ionisationskammer eine thermoplastische Schicht auf einem beheizbaren Substrat angeordnet. In der Ionisationskammer befindet sich ein Edelgas mit hoher Ordnungszahl, beispielsweise Xenon. Gelangt in diese Ionisationskammer von einem Untersuchungsobjekt Röntgenstrahlung, so wird das Edelgas ionisiert. Durch ein elektrisches Feld, welches mittels zweier Elektroden in der Ionisationskammer erzeugt wird, werden die Edelgasionen auf die Thermoplastschicht gebracht. Damit entsteht auf der Thermoplastschicht ein Ladungsmuster, welches der Intensitätsverteilung im Röntgenstrahl entspricht.

Dieses Ladungsmuster auf der Oberfläche der Thermplastschicht wird dadurch entwickelt, daß die Thermoplastschicht kurzzeitig erhitzt und damit aufgeweicht wird, danach wird die Thermplastschicht wieder abgekühlt. Bei dem kurzzeitigen Erhitzen der Thermoplastschicht bildet sich ein Oberflächenrelief aus, welches der Ladungsverteilung auf der Thermo-

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plastschicht entspricht. Nach dem Abkühlen der Thermoplastschicht hat man also ein dauerhaftes reliefartiges Bild, welches der Ladungsverteilung und damit der Intensitätsverteilung im Röntgenstrahl entspricht.

Diese bekannte Vorrichtung ist in der Fig. 1 abgebildet: Mit 1 sind die aufzuzeichnenden Röntgenstrahlen bezeichnet, die ein Objekt 2 durchsetzt haben. Die Ionisationskammer 3 ist mit einem Edelgas unter Druck gefüllt. Auf der Eingangsseite ist die Ionisationskammer 3 mit einem Eintrittsfenster 4 versehen, welches als eine für optische Strahlung transparente Elektrode ausgebildet ist. Die thermoplastische Schicht 5 liegt auf einer Heizschicht 6, die sich wiederum auf einem für optische Strahlung transparenten Substrat 7 befindet. Mit 8 ist ein Austrittsfenster in der Ionisationskammer bezeichnet. Zwischen dem als transparenter Elektrode ausgebildeten Eintrittsfenster 4 und der als Gegenelektrode dienenden transparenten Heizschicht 6 wird nun eine Hochspannung gelegt, wodurch die im Edelgas durch die eintreffenden Röntgenstrahlen erzeugten Ionen entlgang den elektrischen Feldlinien wandern und eine Ladungsverteilung auf der freien Oberfläche der thermoplastischen Schicht erzeugen. Durch kurzzeiüges Aufheizen der thermoplastischen Schicht bildet sich ein dieser Ladungsverteilung entsprechendes Oberflächenrelief. Damit ist in der Thermoplastschicht die aufzuzeichnende Information, d.h. hier das Röntgenbild, als Phasenstruktur gespeichert.

Aufgabe der Erfindung ist es, von einer derartigen thermoplastischen Schicht eine Grautonwiedergabe zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch eine Thermoplastschicht der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art gelöst, welche erfindungsgemäß die Merkmale des Kennzeichens dieses Patentanspruches aufweist.

Erfindungsgemäß besitzt also die Thermoplastschicht auf der Seite zum Substrat zur Bildung eines elektrisch wirksamen

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Gitters eine Wellenstruktur.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Wellenstruktur als off-axis-Zonenplatte ausgebildet.

Vorteilhafterweise lassen sich diese Wellenstrukturen sehr einfach herstellen. Dazu wird eine Fotolackschicht mittels zweier kohärenter Lichtstrahlen belichtet, aufgrund der Interferenz der Lichtstrahlen wird die Fotolackschicht bei entsprechender Strahlgeometrie entsprechend der gewünschten Wellenstruktur belichtet. Beim anschließenden Entwickeln bildet sich dann eine Wellenstruktur. Diese kann auf die Thermoplastschicht übertragen werden, Einzelheiten werden weiter unten beschrieben.

Aufgrund der Wellenstruktur da* Thermoplastschicht wird das aufzuzeichnende Röntgenbild gerastert. Eine derartige Rastertechnik kann man als örtliches Trägerfrequenzverfahren bezeichnen, bei dem der hochfrequente Träger, hier die Wellenstruktur, mit einem niederfrequenten Signal, hier das Röntgenbild, amplitudenmäßig moduliert wird.

Diese Modulation wird dadurch erreicht, daß beim Entwickeln der Thermoplastschicht in der Schicht ein elektrisches Feld wirksam ist, dessen Feldstärke durch die Wellenstruktur periodisch moduliert wird. Zur Erzeugung des elektrischen Feldes dient eine durchsichtige Elektrodenschicht, die auf der gewellten, dem Substrat zugewandten Grenzfläche der Thermoplastschicht liegt, d.h. diese Elektrodenschicht ist ebenfalls gewellt.

An sich könnten derartige periodische Feldinhomogenitäten auch durch eine gitterförmige Elektrode erzeugt werden. Jedoch hat das Elektrodenmaterial gegenüber Licht auch absorbierende Eigenschaften, d.h. eine derartige gitterförmige Elektrode würde als optisches Absorptionsgitter wirken, was zu einem störenden Untergrund bei der Bildauslesung aus der Thermoplastschicht führen könnte. Dagegen wirkt eine wellenförmige Elektrodenschicht nicht als Absorptionsgitter sondern

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als Phasengitter. Diese Wirkung als Phasengitter ist jedoch vernachlässigbar klein, wenn die Brechungsindices des Substrates und der Thermoplastschicht gleich bzw. nahezu gleich sind, wie es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.

Der Abstand der einzelnen Wellen der Wellenstruktur sollte etwa um den Faktor 10 gernger sein, als der kürzeste Abstand der Linien, die auf dem aufzuzeichnenden Röntgenbild noch aufgelöst werden sollen. Der kürzeste Abstand der Linfen wird durch die Ionisationskammer begrenzt, Linien, die einen Abstand von mehr als 0,1 mm aufweisen, können noch unterschieden werden. Dementsprechend sollten die Wellen der Wellenstruktur einen Abstand von weniger als 0,01 mm besitzen.

Im folgenden wird die Herstellung der Thermoplastschicht anhand der Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, erläutert. Dabei zeigt die Fig. 2 eine erste Ausführungsform, die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform. Die Fig. 6 zeigt das Auslesen der Information, die in die Thermoplastschicht eingespeichert ist, Fig. 5 zeigt die Wellenstrukturherstellung.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel liegt gemäß der Fig. 2 auf einem Glassubstrat 10 eine Heizschicht 11, z.B. eine Aurell-Heizschicht der Fa. Balzers. Auf dieser Heizschicht liegt eine Fotolackschicht 12. Diese Fotolackschicht 12 wird mit zwei interferierenden, kohärenten Lichtstrahlen belichtet, damit entsteht nach der Entwicklung an der Oberfläche dieser Fotolackschicht eine Wellenstruktur, wie in der Figur dargestellt ist. Auf diese wellenförmig strukturierte Fotolackschicht wird nun eine Elektrode 13 aufgedampft. Danach wird die Thermoplastschicht 14 aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch einfaches Vergießen des thermoplastischen Materials geschehen.

Ist die Elektrode 13 gleichzeitig als Heizschicht ausgebildet, so kann die Heizschicht 11 weggelassen werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird gemäß der Fig. 3 direkt auf dem Glassubstrat 10 ein Fotolackschicht 15 aufgebracht, die mit zwei interferierenden, kohärenten Lichtstrahlen belichtet

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wird, so daß die Fotolackschicht nach der Entwicklung wellenförmig strukturiert ist. Diese Struktur der Fotolackschicht wird nun durch Ätzsputterung in die unter der Fotolackschicht liegenden Oberfläche des Glassubstrates übertragen.

Gemäß der Fig. 4 hat man nun also ein wellenförmig strukturiertes Glassubstrat 10*. Auf die Wellenstruktur des Substrates wird nun eine Elektroden- und Heizschicht 111 aufgebracht, z.B. durch Aufdampfen. Als Material kann dafür beispielsweise ZnO, Ni/An oder Aurell dienen. Danach wird nun eine Thermoplastschicht 14 aufgebracht, wie es bereits anhand der Fig. 2 beschrieben wurde.

Die Herstellung der Wellenstruktur in der Fotolackschicht erfolgt durch ZweiStrahlinterferenz.

Dabei können die Lichtstrahlen, die auf die Fotolackschicht einwirken und dort miteinander interferieren, ebene Wellen sein. Wird nun die Fotolackschicht nach der Belichtung entwickelt, so entsteht eine Wellenstruktur mit geraden zueinander parallelen Wellen mit konstanter Gitterkonstante.

Um die Wellenstruktur als off-axis-Zonenplatte (Hologramm) auszubilden, werden gemäß der Fig. 5 ein konvergenter Lichtstrahl 20 und ein divergenter Lichtstrahl 21 auf der Fotolackschicht 150 zur Interferenz gebracht. Beide Lichtstrahlen führen kohärentes Licht der gleichen Wellenlänge. In diesem Falle wird bei der Entwicklung der Fotolackschicht eine Wellenstruktur erzeugt, bei der die Wellen konzentrische Kreise mit variabler Gitterkonstante bilden.

Ein Ausschnitt aus einer Zonenplatte, der seitlich neben der optischen Achse der Zonenplatte liegt, wirkt gegenüber einem einfallenden Lichtstrahl als Prisma und , bei der hier beschriebenen Zweistrahlinterferenz, als bündelnde Linse.

Die erfindungsgemäßen Thermoplastschichten dienen in an sich bekannter Weise, wie anhand der Fig. 1 erläutert wurde, zur Aufzeichnung von Röntgenbildern. Beim kurzzeitigen Erhitzen der Thermoplastschicht b<UUv» <k>[cV\ Ίηά&ν? Thermoplastschicht

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ein Profil, welches der Struktur des aufgenommenen Gegenstandes entspricht und welches gleichzeitig von einer gitterförmigen Struktur überlagert ist. Die freie Oberfläche der Thermoplastschicht erhält also eine Struktur, die ein Abbild des Aufnahmegegenstandes ist und von der Wellenstruktur überlagert ist. Diese Wellenstruktur in der freien Oberfläche der Thermoplastschicht entsteht aufgrund der wechselnden elektrischen Feldstärken innerhalb der Thermoplaischicht, diese ungleichmäßige Feldstärke wird durch die wellenförmige Elektrode an der Unterseite der Thermoplastschicht erzeugt.

Anhand der Fig. 6 wird das Auslesen der Information, die in der Thermoplastschicht aufgezeichnet ist, erläutert. Dabei haben einander entsprechende Positionen die gleichen Bezugszeichen wie in der Fig. 1. Die Thermoplastschicht 100 ist erfindungsgemäß entsprechend der Fig. 2 oder 4 ausgebildet. Außerdem soll diese Schicht als off-axis-Zonenplatte ausgebildet sein, wie weiter oben beschrieben wurde. Damit ist es möglich, für die Auslesung der Information einen divergenten Lichtstrahl 102 zu benutzen. Dieser Lichtstrahl wird von einer Lichtquelle 101 erzeugt, die außerhalb der optischen Achse des Röntgenstrahles angeordnet sein kann. Da die Thermoplastschicht als off-axis-Zonenplatte ausgebildet ist, wird ein Teil des einfallenden Lichtstrahls 102 von der off-axis-Zonenplatte seitlich weggebrochen, außerdem wird der Strahl aufgrund der Linseneigenschaften der off-axis-Zonenplatte gebündelt, es entsteht also ein konvergenter Ausfallstrahl 103. Mittels einer Linse 104 wird dieser Ausfallstrahl auf einer Bildfläche 105 abgebildet. Wird für den einfallenden Lichtstrahl 102 kohärentes Licht verwendet, so entsteht auf der Bildfläche 105 ein Grautonbild, welches ein Abbild des durch die Röntgenstrahlen aufgezeichneten Aufnahmeobjektes 2 ist.

An dieser Figur wird der Vorteil, die Thermoplastschicht als off-axis-Zonenplatte auszubilden, besonders deutlich: Die Lichtquelle 101, die Linse 104 und die Aufnahmefläche 105 können außerhalb des Strahlganges der Röntgenstrahlung ange- · ordnet sein. Weiter ist vorteilhaft, daß der einfallende

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Lichtstrahl 102 divergent sein kann, die Thermoplastschichten dürfen nämlich eine sehr große flächemäßige Ausdehnung haben, so daß es einen großen optischen Aufwand bedingen würde, wenn der einfallende Lichtstrahl aus parallelen Lichtstrahlen bebestehen müßte, wie es bei der anderen beschriebenen Wellenstrüktur notwendig wäre.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde das thermoplastische Material Fe 198 der Firma Kalle AG verwendet. Die Schichtdicke der thermoplastischen Schicht lag bei ca. 1,6 /um. Die Wellenstruktur hat eine Periodenlänge von ca. 2 ,um. Die Tiefe der WeUenstruktur lag zwischen 0,05 - 0,5 /Um· Ein geeigneter Fotolack ist z.B. Shipley AZ 1350.

7 Patentansprüche
6 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Iy Thermoplastschicht zur ionographischen Aufzeichnung von Röntgenbildern, wobei diese Thermoplastschicht mit einem lichtdurchlässigen Substrat ein Laminat bildet, wobei an diesem Laminat eine lichtdurchlässige He'izschicht und eine schichtförmige Elektrode angeordnet ist, dadurch ge kennzeichnet , daß die Thermoplastschicht (14) zur Bildung eines elektrisch wirksamen Gitters auf der Seite zum Substrat (10, 10') eine Wellenstruktur aufweist, und daß die schichtförmige Elektrode (111) auf dieser wellenförmig strukturierten Seite der Thermoplastschicht (14) aufgebracht ist und eine entsprechende Wellenstruktur aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Thermoplastschicht und das Substrat, zumindest annähernd, den gleichen Brechungsindex aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet , daß zwischen der Thermoplastschicht (14) und dem Substrat (10) eine Fotolackschicht (12) liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die schichtförmige Elektrode zusätzlich als Heizschicht ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Wellenstruktur einer offaxis-Zonenplatte entspricht.
6. Verfahren zur Herstellung einer Thermoplastschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Substrat (10) eine Fotolackschicht (12, 15) aufgebracht wird, daß diese Fotolackschicht mittels zweier interferierender kohärenter Lichtstrahlen belichtet wird, daß die Fotolackschcht dann ^en/tfPi£ke 1Λ r^&jfU ^w°oei sich an der freien

ORIGINAL INSPECTED

Oberfläche der Lackschicht die Zellenstruktur bildet, daß auf die wellenförmig strukturierte Oberfläche der Fotolackschicht die schichtförmige Elektrode (13) aufgebracht wird, und daß dann darauf die Thermoplastschicht (14) aufgebracht wird.

Verfahren zur Herstellung einer Thericoplastschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß auf das Substrat (10) eine Fotolackschicht aufgebracht wird, daß diese Fotolackschicht mittä.s zweier kohärenter interferierender Lichtstrahlen belichtet wird, daß diese Fotolackschicht entwickelt wird, wobei sich an der freien Oberfläche der Fotolackschicht die Wellenstruktur bildet, daß dann die Fotolackschicht durch Ätzsputterung abgetragen wird, wobei die Wellenstruktur der Fotolackschicht auf das Substrat übertragen wird, so daß ein Substrat (1O¹) mit einer wellenförmig strukturierten Oberfläche entsteht, daß dann auf diese wellenförmig strukturierte Oberfläche des Substrates eine als Heizschicht ausgebildete schichtförmige Elektrode (111) aufgebracht wird, und daß dann darauf die Thermoplastschicht (14) aufgebracht wird.

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