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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Speicherleuchtstoffplatte
für Röntgenaufnahmesysteme
mit einer auf einer Trägerplatte
angeordneten Speicherschicht, deren Bildinformation, angeregt durch
einen Stimulationsstrahler, als Informationslichtstrahlung anderer
Frequenz abgestrahlt wird.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Bei
einem herkömmlichen
Röntgenaufnahmesystem
wird ein Röntgenbild
dadurch erzeugt, dass man Röntgenstrahlen
bildmäßig durch
einen Gegenstand sendet und in einer sogenannten Verstärkerfolie
(Röntgenstrahlenumwandlungsfolie)
in Licht der entsprechenden Intensität umwandelt, wobei die durchgelassenen
Röntgenstrahlen
in der Folie von Leuchtstoffteilchen absorbiert und in sichtbares
Licht und/oder ultraviolette Strahlung umgewandelt werden, gegenüber dem
bzw. der ein fotografischer Film empfindlicher ist als gegenüber der
direkten Einwirkung von Röntgenstrahlen.
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Nach
einem weiteren Verfahren zur Aufnahme und Wiedergabe eines Röntgenbildes,
das z.B. aus US-A 3 859 527 bekannt ist, wird ein Sondertyp von
Leuchtstoff eingesetzt, der als ausleuchtbarer Leuchtstoff bekannt
ist, der nach Einarbeitung in eine Platte mit einfallenden, mustermäßig modulierten Röntgenstrahlen
bestrahlt wird und demzufolge vom Röntgenstrahlungsbild herrührende Energie
zeitweilig darin speichert. Einige Zeit nach der Bestrahlung tastet
ein Strahl sichtbaren Lichtes oder ein Infrarotlichtstrahl die Platte
ab, um die Freisetzung der gespeicherten Energie als Licht anzuregen,
das erfasst und in elektrische Signale umgewandelt wird, die sich zur
Erzeugung eines sichtbaren Bildes verarbeiten lassen. Zu diesem
Zweck muss der Leuchtstoff möglichst
viel von der einfallenden Röntgenstrahlungsenergie
speichern und möglichst
wenig von der gespeicherten Energie emittieren, bis er vom Abtaststrahl angeregt
wird. Diese Technik wird als "digitale
Radiografie" oder "rechnergesteuerte
Radiografie" bezeichnet.
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Bei
der Abtastung von Speicherleuchtstoffplatten mit einem Stimulationslaser
wird der zur Bildgebung verwendete Bereich zeilenweise abgetastet. Das
Stimulationslicht kann dabei relativ leicht auf die erforderliche
Pixelgröße fokussiert
werden, wobei die Stimulation punktförmig, bei sogenannten "flying spot scannern", oder zeilenförmig bei
einer Zeilen-CCD-Auslese (Charged Coupled Device) erfolgen kann.
Die eigentliche Bildinformation, also das Emissionslicht, verlässt die
Bildplatte in Form von Licht einer anderen Wellenlänge. Die
Winkelverteilung des Emissionslichtes ist nachweislich auch bei nadelförmig strukturierten
Leuchtstoffen nur geringfügig
stärker
vorwärts
gerichtet als das Licht einer diffus streuenden Schicht (Lambertstrahler).
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Bei
der Betrachtung der Signalkette ist es nun entscheidend, dass an
keiner Stelle des Systems ein zweiter Quantenengpass geschaffen
wird. Besonders kritisch ist die Sammeleffizienz des Lichtdetektors,
da Signalhöhe,
die hier z.B. durch Fehlanpassung verloren geht, an späterer Stelle
nicht wiedergewonnen werden kann.
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Die
bekannten Speicherleuchtstoffplatten werden bisher üblicherweise
durch ein "flying spot"-Laser punktförmig im
roten Spektralbereich abgetastet. Ein einzelner Fotomultiplier mit
angekoppeltem Lichtleiter liest das Emissionslicht aus. Der Lichtleiter
kann in dieser Geometrie, wegen der Punktförmigkeit der Emissionsquelle,
recht günstig
an die Lambert'sche
Abstrahlungscharakteristik angepasst werden.
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Bei
einer neuen Generation von Speicherplatten mit CCD-Auslesezeilen ist
dieses Problem aber schwieriger zu lösen. Insbesondere bei einer Version,
bei der die Stimulation und die Auslese von der gleichen Seite her
stattfinden, führt
der größere Abstand
des CCD-Detektors von der Schichtoberfläche zu einer verkleinerten
effektiven Apertur und damit einer deutlichen Verringerung der Sammeleffizienz.
Aus Patentanmeldungen ist bekannt, dass im Auslesegerät für angeregtes
Licht von Speicherleuchtstoffplatten Mikrolinsen angebracht werden, die
das Emissionslicht auf die CCD-Einheit fokussieren. Solche Beschreibungen
finden sich z.B. in DE-A 1 97 52925 und US-A 5 208 459. In diesen
Patentanmeldungen werden die Mikrolinsen zwischen der Speicherleuchtstoffplatte
und den CCDs angeordnet, wodurch die Ausleseeinheit immerhin kleiner
als die erwünschte
Größe ausgebildet
werden muss, um das Linsensystem zwischen der Speicherleuchtstoffplatte
und dem CCD einpassen zu können.
Mittel und Methoden, um die Abmessungen eines Auslesegeräts für Speicherleuchtstoffplatten
weiter zu verringern, sind also noch immer erwünscht.
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AUFGABEN UND
KURZE DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speicherleuchtstoffplatte
bereitzustellen, die es ermöglicht,
die Größe des zum
Auslesen der Leuchtstoffplatte (d.h. zum Anregen der Platte und
Auslesen des Emissionslichtes) benötigten Auslesegeräts zu verringern.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speicherleuchtstoffplatte,
die unabhängig
von der Betriebsweise im Durchlichtbetrieb oder Auflichtbetrieb
eine besonders hohe Sammeleffizienz gewährleistet, bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speicherleuchtstoffplatte
bereitzustellen, bei der eine hohe Sammeleffizienz erreicht wird,
wenn das Anregungslicht mit einem CD-Lichtdetektor ausgelesen wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Verweis
auf die Figuren ersichtlich.
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Gelöst werden
die erfindungsgemäßen Aufgaben
durch eine Speicherleuchtstoffplatte mit einer Speicherleuchtstoffschicht,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Speicherleuchtstoffplatte eine
Fokussierungsschicht (8), die eine Vielzahl benachbarter
Mikrolinsen (9) enthält
und eine Außenfläche der
Platte ausbildet, angeordnet ist.
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Vorzugsweise
enthält
die Speicherleuchtstoffplatte einen Träger, liegt die Speicherleuchtstoffschicht
auf dem Träger
vor und bildet die Vielzahl benachbarter Mikrolinsen (9)
eine Außenfläche an der Leuchtstoffschichtseite
der Platte aus.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung zum
Auslesen einer Speicherleuchtstoffplatte,
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2a und 2b zeigt
die Abstrahlungscharakteristik der Speicherschicht einer Speicherleuchtstoffplatte
einmal ohne und einmal mit den erfindungsgemäßen Mikrolinsen, und
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3 zeigt
eine schematische Teilansicht einer Pixelzeile mit den darüber angeordneten
wesentlich kleineren Mikrolinsen der Fokussierungsschicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Es
hat sich herausgestellt, dass durch Anwendung einer eine Außenschicht
ausbildenden Mikrolinsenanordnung in einer Speicherleuchtstoffplatte
diese Anordnung als Fokussierungsschicht dienen kann und dabei die
Lambert'sche Abstrahlungscharakteristik
der Folie verändert,
d.h. sie mehr vorwärts richtet.
Auch dann, wenn der Abstand des CCD-Detektors von der Schichtoberfläche, wie
dies speziell beim Auflichtprinzip der Fall ist, einen erhöhten Abstand
von der Leuchtstofffolienseite aufweist, oder wenn aus anderen Gründen die
Apertur des Detektors nicht allzu groß sein kann, wird durch das
Fokussieren des Emissionslichts nach wie vor eine hohe Sammeleffizienz
gewährleistet.
Um die Signalhöhe im
CCD zu maximieren, kann über
die Veränderung der
Abstrahlcharakteristik des Emissionslichts aus der Speicherplatte
eine einfache Anpassung an die Apertur des Lichtempfängers erfolgen.
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Vorzugsweise
enthält
die Fokussierungsschicht in einer erfindungsgemäßen Speicherleuchtstoffplatte
Mikrolinsen, deren Größe kleiner
oder gleich der Pixelgröße der Speicherschicht
ist, wodurch die Abstrahlungscharakteristik gerichteter gemacht
werden kann. Vorzugsweise sind die einzelnen Mikrolinsen um ein
Mehrfaches kleiner als die Pixelgröße der Speicherleuchtstoffplatte.
Die Pixelgröße der Speicherleuchtstoffplatte
ist in hohem Maße abhängig von
den Abmessungen des Strahls der Anregungsstrahlung, d.h. die Pixelgröße der Speicherleuchtstoffplatte
beträgt
etwa 100 μm
oder weniger.
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Da
es für
die Erfassung des Emissionslichts von entscheidender Bedeutung ist,
dass die Fokussierung, d.h. die Veränderung der Lambert'schen Austrittscharakteristik
des Emissionslichts, bereits unmittelbar beim Austritt aus der Speicherschicht stattfindet,
soll bevorzugt die Fokussierungsschicht, d.h. die Anordnung von
Mikrolinsen, unmittelbar auf die Speicherleuchtstoffschicht aufgebracht
werden, d.h. die Mikrolinsenanordnung steht entweder in unmittelbarem
Kontakt mit der Speicherleuchtstoffschicht oder wird nur durch eine
(lichtdurchlässige) Schutzschicht
von der Speicherschicht getrennt.
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Die
Herstellung einer erfindungsgemäßen Speicherfolie,
in der eine Fokussierungsschicht, d.h. eine Anordnung von Mikrolinsen,
eingebettet ist und die eine Außenschicht
der Speicherleuchtstofffolie oder Speicherleuchtstoffplatte ausbildet,
kann in verschiedenen Weisen erfolgen.
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Die
Folie oder Platte kann durch Auftrag einer Gießlösung eines Speicherleuchtstoffes
in einem Bindemittel auf ein Substrat, wobei eine Speicherleuchtstoffschicht
erzeugt wird, und anschließendes Aufbringen,
z.B. durch Auflaminieren, der Fokussierungsschicht (Anordnung von
Mikrolinsen) auf die Speicherleuchtstoffschicht hergestellt werden.
In diesem Fall dient die Fokussierungsschicht ebenfalls als Schutzschicht.
Eine erfindungsgemäße Folie
oder Platte kann durch Auftrag einer Gießlösung eines Speicherleuchtstoffes
in einem Bindemittel auf ein Substrat zur Herstellung einer Leuchtstoffschicht, Auftrag
einer Schutzschicht auf die Leuchtstoffschicht und anschließendes Aufbringen,
z.B. durch Auflaminieren, der Fokussierungsschicht (Anordnung von
Mikrolinsen) auf die Speicherleuchtstoffschicht hergestellt werden.
Die Fokussierungsschicht kann mittels einer beim Erwärmen klebrig
werdenden oder selbsthaftenden Klebeschicht auf der Folie befestigt
werden.
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Die
Folie oder Platte kann eine selbsttragende Schicht eines Speicherleuchtstoffes
in einem Bindemittel sein, wobei auf die selbsttragende Schicht eine
Fokussierungsschicht (Anordnung von Mikrolinsen) aufgebracht ist.
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Eine
erfindungsgemäße Speicherleuchtstofffolie
kann ebenfalls durch Aufdampfen des Leuchtstoffes hergestellt werden.
Dabei kann der Leuchtstoff auf ein Substrat aufgedampft werden und
kann die auf den aufgedampften Leuchtstoff aufgebrachte Mikrolinsenanordnung
(Fokussierungsschicht) auf die flache Seite, d.h. die der Linsenseite
gegenüberliegende
Seite, aufgebracht werden, wonach die Speicherleuchtstoffschicht
mit einer Schutzschicht versehen werden kann.
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Die
Herstellung der Fokussierungsschicht mit den Mikrolinsen kann in
an sich bekannter Weise beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine
auf die Speicherschicht aufgebrachte Fokussierungsschicht aus Kunststoff
durch anisotropes Ätzen
mit den Mikrolinsen versehen wird. Die Mikrolinsenanordnung kann
Brechungslinsen oder Beugungslinsen umfassen. Ein Überblick
von Herstellungsverfahren für
Mikrolinsenanordnungen findet sich in "Pure and Applied Optics", Band 6, Nr. 6,
November 1997, S. 599 bis 699. Die Herstellung von Mikrolinsenanordnungen
kann ebenfalls durch Tintenstrahldruck erfolgen. Solche Verfahren
sind beschrieben von W.R. Cox, D.J. Hayes, T. Chen, R.F. Hoenigman
und D.L. MacFarlane in einem Aufsatz mit Titel "Microjet Printing for Low Cost Optical
Interconnects",
veröffentlicht
in Proceedings, ISHM '96,
Minneapolis, Minn., Oktober 1996, und von W. Royall Cox, Ting Chen, Chi
Guan, Donald J. Hayes und Rick E. Hoenigman, Brian T. Teipen und
Duncan L. MacFarlane in einem Aufsatz mit Titel "Micro-jet Printing of Refractive Microlenses", veröffentlicht
in Proceedings, OSA Diffractive Optics and Micro-Optics Topical
Meeting, Kailua-Kona, Hawaii, Juni 1998.
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In 1 ist
mit 1 eine Speicherleuchtstoffplatte bezeichnet, bestehend
aus einer Trägerplatte oder
einem Substrat 2 und der darauf aufgebrachten Speicherschicht 3.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Auslesen der Speicherleuchtstoffplatte im Durchlichtbetrieb
erfolgt die punkt- oder zeilenweise Abtastung durch das Abtastlicht 4 eines nicht
gezeigten Stimulationslasers von der freien Rückseite der Trägerplatte 1,
während
das die Bildinformation enthaltende Emissionslicht 5 aus
der Speicherschicht 3 austretend über die Apertur 6 auf
den Detektor 7, also beispielsweise die CCD, auftrifft.
Die Apertur 6 kann dabei eine Linse oder aber auch eine Fiberoptik
sein. Entscheidend ist angesichts der im Wesentlichen Lambert'schen Abstrahlungscharakteristik
der Speicherschicht 3, dass immer dann, wenn die Apertur
nicht unmittelbar der Austrittsseite der Speicherschicht benachbart
angeordnet werden kann, was in den meisten Anwendungsfällen und
insbesondere im Auflichtbetrieb der Fall ist, nur ein Teil des Emissionslichts
erfasst und der CCD zugeführt werden
kann. Die Sammeleffizienz ist also deutlich verringert. In den 2a und 2b ist
die Abstrahlungscharakteristik des Emissionslichts 5 einmal
bei nackter Emissionsschicht und im Fall der 2b bei Verwendung
einer erfindungsgemäßen Fokussierungsschicht 8 mit
Mikrolinsen 9 dargestellt. Dabei erkennt man, dass durch
die erfindungsgemäßen Mikrolinsen 9 eine
deutliche Einengung der Abstrahlungscharakteristik auf die Flächennormale 10 hin
erfolgt, was auch bei kleinerer Apertur gewährleistet, dass im Wesentlichen
das gesamte Emissionslicht ausgenützt und der CCD zugeführt werden
kann. In 3, in der eine Pixelzeile mit den einzelnen Pixeln 11 schematisch
angedeutet ist, sind darüber
hinaus die Größenverhältnisse
zwischen der Pixelgröße und der
Größe der Mikrolinsen
erkennbar. Die Mikrolinsen 9, die dicht an dicht auf der
Fokussierungsschicht angeordnet sind, die ihrerseits wiederum bevorzugt unmittelbar
auf der Speicherschicht 3 angeordnet ist, sind um ein Mehrfaches
kleiner als die Größe eines Pixels 11,
so dass über
die Fokussierung durch diese Mikrolinsen nicht Licht benachbarter
Pixel vermengt wird. Die Auflösungsschärfe wird
also durch die erhöhte
Lichtausbeute nicht etwa eingeschränkt.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Neben
der Möglichkeit,
die Mikrolinsen nur auf einer die Speicherschicht überdeckenden
Schutzschicht anzuordnen, eignet sich die erfindungsgemäße Speicherleuchtstoffplatte mit
vorgesetzten Mikrolinsen nicht nur für den Durchlichtbetrieb, sondern
in gleicher Weise auch für
den Auflichtbetrieb, wobei in diesem letzteren Auflichtbetrieb der
durch die Erfindung erhöhte
Anteil des der CCD zuleitbaren Emissionslichts von noch größerer Bedeutung
ist.