EP0411194A1

EP0411194A1 - Hochauflösende Bildplatte für Aufnahmen mit ionisierenden Strahlen

Info

Publication number: EP0411194A1
Application number: EP89114432A
Authority: EP
Inventors: Burkhard Dr. Speit; Hubert Dr. Dutz; Hans Dürolf; Hans-Werner Beudt; Martin Dr. Hemming
Original assignee: Carl Zeiss AG; Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG; Carl Zeiss AG
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1991-02-06

Abstract

Es wird eine hochauflösende Bildplatte für Aufnahmen mit ionisierenden Strahlen, insbesondere eine Bildverstärker- oder Bildspeicherplatte, beschrieben, welche aus einer Trägermatrix und einer rasterartig angeordneten Bildverstärker- oder -speichersubstanz besteht, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die aus einem anorganischen Material bestehende Trägermatrix wird mit einem Lochraster versehen, wobei die Lochtiefe zur Erzielung einer ausreichenden Signalintensität wenigstens 100 µm beträgt. In die Löcher wird die Bildverstärker- oder -speichersubstanz eingefüllt. Ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Bildplatte besteht darin, als Trägermatrix eine Platte aus einem photoätzbaren Glas zu verwenden und das Lochraster mittels eines an sich bekannten Photoätzverfahrens zu erzeugen. Mit diesem Verfahren sind Löcher von beliebiger geometrischer Gestalt erzeugbar, wobei die Lochtiefe ein Vielfaches des Durchmessers betragen kann. Die so hergestellten Bildplatten zeichnen sich sowohl durch ein hohes Auflösungsvermögen als auch durch eine hohe Quanteneffizienz aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine hochauflösende Bildplatte für Aufnahmen mit ionisierenden Strahlen, insbesondere eine Bildverstärker - oder Bildspeicherplatte, bestehend aus einer Trägermatrix und einer rasterartig angeordneten Bildverstärker - oder -speichersubstanz.
Hochauflösende Bildplatten der eingangs genannten Art finden ihre Anwendung in den verschiedensten Bereichen von Medizin und Technik bei der Darstellung zweidimensionaler Intensitätsverteilungen ionisierender Strahlung, so zum Beispiel als Röntgenbildverstärker - oder - speicherplatten in der Nuklearmedizin und Radiologie, als röntgen- und gammastrahlungsempfindliche Phosphorschichten in Verstärkerröhren wie sie u. a. auch in der zerstörungsfreien Materialprüfung zum Einsatz kommen, als kathodolumineszierende Schichten in der Displaytechnik sowie als Compositfolien in der Radiographie mit thermischen Neutronen. Die Aufzählung ist keineswegs vollständig, sie soll lediglich einige typische Anwendungsgebiete angeben.
Eine hochauflösende Bildplatte besteht in der Regel aus einer Trägermatrix, welche der Platte mechanische Festigkeit verleiht, und aus einer Schicht aus einer Bildverstärker - oder -speichersubstanz, welche bei Einfall ionisierender Strahlung einen Teil der absorbierten Energie in Form von Photonen in einem für Photodetektoren geeigneten Spektralbereich emittiert. Als Photodektoren kommen dabei u. a. Filme, Photodioden, Photomultiplier, CCD-Kameras wie auch das menschliche Auge in Frage.
Das als Bildverstärker - oder -speichersubstanz verwendete Material wird nach der Art der zu detektierenden bzw. zu verstärkenden ionisierenden Strahlung wie auch nach der Art der weiteren Bildverarbeitung gewählt.
In der Röntgenradiographie werden im allgemeinen Phosphore verwendet, die aus einer kristallinen Matrix, dem Wirtsgitter, und darin eingebauten Seltenerdionen als Aktivatoren bestehen. Dabei kann im Falle der Röntgenbildverstärkerplatten, welche in Verbindung mit einem hochempfindlichen Röntgenfilm eingesetzt werden, durch eine geeignete Matrix/Aktivator-Kombination das Fluoreszenzlicht optimal an die Wellenlängenempfindlichkeit des zur Aufzeichnung verwendeten Röntgenfilms angepaßt werden. Die für die Belichtung des Films erforderliche Mindeststrahlendosis wird dadurch erheblich herabgesetzt. So führte die bekannte Blau- bzw. Grünempfindlichkeit der Röntgenfilme zur Entwicklung blau- bzw. grün emittierender Leuchtstoffe wie z. B.
La₂O₂S : Tb, Gd₂O₂S : Tb, Y₂O₂S: Tb (Emission bei 548 nm [Grün]),
BaFCl : Eu, BaFBr : Eu (Emission bei 390 nm [Blau]),
und Y₂O₃ : Eu (Emission bei 316 nm [Blau]).
Von großer Bedeutung für den Phosphor in den Röntgenbildverstärkerplatten ist, daß der Kristall keine Traps für Elektronen und Löcher enthält, die bei sich wiederholender Anregung durch Bestrahlung geleert werden können. Diese Eigenschaft weist z. B. das für diese Anwendung fast völlig verdrängte BaFHal: Eu (Hal = Cl, Br, J) auf. Dotierte Ba-Halogenidverbindungen sind neben der spontanen Emission von Röntgenstrahlen in der Lage, die einmal eingelesene Information durch eine später erfolgende Aktivierung (Auslesen durch Laseranregung) wiederholt als Lumineszenzlicht abzugeben. Sie werden deshalb bevorzugt als Speicherleuchtstoffe eingesetzt. Mit dotierten Ba-Halogenidverbindungen beschichtete Platten werden deshalb auch als Biidspeicherplatten bezeichnet.
Bildspeicherplatten werden bevorzugt in der sogenannten Digitalen Radiographie eingesetzt. Bei dieser neuen Technik wird das von der Platte ausgesandte Lumineszenzlicht über Lichtleiter ortsaufgelöst an geeignete Detektoren weitergeleitet und dort digital verarbeitet.
Analog zu der zuvor beschriebenen Röntgenradiographie werden Bildverstärker- oder -speicherplatten auch in der Neutronenradiographie verwendet. Die als Bildverstärker eingesetzten Substanzen, die in diesem Fall auch als Konverter bezeichnet werden, absorbieren die eindringenden Neutronen und werden durch die freiwerdende Energie angeregt, leicht detektierbare Sekundärstrahlung, wie z. B. geladene Teilchen oder Licht, zu emittieren. Die bekanntesten im Handel erhältlichen Bildverstärkersubstanzen für Neutronen, bestehend aus Neutronenabsorber und Aktivator sind ZnS (Ag) mit (Li-6)-F und Polyethylen (Gewichtsverhältnis 1:4:1) und GdO₂S₂ (Tb), beschrieben in "Neutron radiography", J.P. Barton, Proceedings of the second world Conference, Paris (1986). Diese Substanzen zeigen eine Photoemission bei einer Wellenlänge von 2 eV, welche besonders geeignet ist, das ortsaufgelöste Fluoreszenzmuster (Auflösung 400 µm) auf einem lichtempfindlichen Film oder einem Röntgenfluoreszenzschirm mit digitaler Bildverarbeitung festzuhalten.
Ein Beispiel für eine Verstärkersubstanz ohne Aktivator, die geladene Teilchen bei Neutronenabsorption emittiert, ist Gadolinium. Zwar werden beim Neutroneneingang γ-Strahlen emittiert, doch intern werden darüber hinaus Inversionselektronen mit ≈ 70 keV gebildet, die in Photoemulsionen ca. 60 µm tief eindringen können. Damit wird beim hohen Einfangquerschnitt des Gadoliniums für thermische Neutronen eine hohe Auflösung von ca. 100 µm verbunden mit einer hohen Neutronenempfindlichkeit erreicht.
Eine Bildspeicherplatte für Röntgenstrahlen ist z.B. aus der EP-A-0 274 126 bekannt. Als Trägermatrix wird ein plastischer Film oder Papier verwendet. Die strahlungsempfindliche Schicht enthält zuminadimetallhalogenide oder mit Seltenerdionen dotierte Seltenerdionenoxyhalogenide. In der Regel besteht die Phosphorschicht aus Phosphorpartikeln, die mit einem organischen Binder im Gewichtsverhältnis 1 : 1 bis 40 : 1 vermischt sind. Nachteilig an dieser bekannten Röntgenbildspeicherplatte ist der große Volumenanteil an Binder in der strahlungsempfindlichen Schicht von 30 - 50 %, der eine nur geringe Nachweisempfindlichkeit der Bildplatte ermöglicht.
Es ist bekannt, daß eine Erhöhung der Schichtdicke der strahlungsempfindlichen Schicht zu einer Erhöhung der Lichtausbeute führt. Mit wachsender Schichtdicke nimmt aber auch die laterale Streuung des anregen den wie auch des emittierten Lichts in der Schicht zu, so daß letzten Endes die Intensitätserhöhung zu Lasten der Ortsauflösung geht.
Um diesen Nachteil zu überwinden, werden im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen. So kann z. B. der Substratschicht zur Unterdrückung der lateralen Streuung ein lichtabsorbierendes Material, wie Ruß, beigefügt werden. US-PS 4 394 581 offenbart, daß die Einfärbung der Röntgenbildspeicherplatte mit geeigneten Farbstoffen zu einer Erhöhung des Auflösungsvermögens führt. Nach US-PS 4 350 893 wird durch Zusatz eines weißen Pulvers zur Phosphorschicht ebenfalls die Schärfe des Bildes erhöht. In jedem Fall geht jedoch die Erhöhung des Auflösungsvermögens des Bildes mit einer Abnahme der Empfindlichkeit der Bildplatte einher.
Einen anderen Ansatzpunkt bietet die Verwendung von strukturierten Substratplatten, mit deren Hilfe anstelle einer kontinuierlichen strahlungsempfindlichen Schicht ein Raster aus optisch voneinander weitgehend isolierten, strahlungsempfindlichen Bereichen erzeugt wird. Auf diese Art und Weise kann die Schichtdicke des Phosphors beliebig erhöht werden, ohne daß die Ortsauflösung verschlechtert wird.
Zur Herstellung dieser hochauflösenden Bildplatten mit rasterartig angeordneter Bildverstärker - oder -speichersubstanz sind aus dem Stand der Technik verschiedene Methoden bekannt.
US-PS 4 415 605 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Phosphorschirms für eine Röntgenverstärkerröhre, wonach eine Substratscheibe, vorzugsweise aus Aluminium (Typ EC-0 Aluminium), mit einem Durchmesser bis zu 25 cm,durch lithographische Techniken photogeätzt wird, so daß ein netzartiges Muster mit ca. 10 µm breiten Erhebungen und quadratischen Vertiefungen von ca. 5 µm Tiefe geformt wird. Auf dieses Substrat wird in einem einzigen Schritt eine CsJ (Na)-Schicht aus der Gasphase mit einer Schichtwachstumsrate von kleiner 3 µm pro Minute abgeschieden. Die so hergestellte Schicht ist bis zu ca. 400 µm dick. Anschließend wird der Schirm einer Temperaturbehandlung unterzogen, um einerseits durch Ausheilen von Elektronenfallen im kristallinen CsJ (Na) die Quanteneffizienz zu erhöhen, andererseits aber durch Unter schiede im thermischen Ausdehnungsverhalten von Substrat und Szintillator Risse zu induzieren. Diese Risse verlaufen entlang der Vertiefungskanten senkrecht der Substratoberfläche. Es entsteht somit ein mosaikartiges Kristallmuster, das die laterale Lichtstreuung weitgehend unterdrückt und damit zu einem faseroptischen Effekt führt.
Ein weiteres Verfahren unter Verwendung von kristallinem CsJ (Na) wurde von M.Ito et al. beschrieben (M.Ito et al. CsJ (Na) Scintillation Plate with High Spatial Resulution IEEE Trans. Nucl. Sci. Vol. NS-34 (1), pp 401-405, Febr. 1987). Demnach wird eine Seite einer Glasfaserplatte mit einem Kernglasdurchmesser von 20 µm so behandelt, daß nur das Cladding Glas bis zu einer Tiefe von 10 µm weggeätzt wird. Die so geätzte Glasfaserplatte wird in eine Vakuumkammer gebracht und mit CsJ (Na) bedampft. Die Kristallite wachsen bevorzugt auf dem Kernglas senkrecht zur Glasfaserplatte auf. Es wird eine Kristallitlänge von 50 - 150 µm erreicht, bei der die Kristallite immer noch durch einen kleinen Spalt voneinander getrennt sind. Anschließend werden die Kristallite mit einer reflektierenden Aluminiumschicht abgedeckt. Auf diese Weise wird ein faseroptischer Effekt mit hoher Ortsauflösung erreicht.
In US-PS 4 011 454 bzw. US-PS 4 069 355 wird vorgeschlagen, bei einem Phosphorschirm mit einem ähnlichen Aufbau wie dem oben beschriebenen, die Spalte zwischen den Kristalliten mit einem lichtreflektierenden Material oder einem anderen Phosphor auszufüllen, um die Lichtausbeute wie auch das Auflösungsvermögen noch weiter zu erhöhen.
Von Nachteil bei den oben beschriebenen Bildplatten ist, daß ihre Herstellung aufwendig und teuer und zudem auf die Verwendung einiger weniger Phosphore beschränkt ist.
Nach US-PS 3 936 645 werden mittels eines Laserstrahls in die kontinuierliche Phosphorschicht eines herkömmlichen Phosphorschirms in Form eines Gitters Gräben von wenigstens 25 µm Breite und z. B. 500 µm Tiefe eingeschnitten, so daß ein Rastermuster entsteht. Der Abstand zwischen den bis in das Substrat hineinreichenden Gräben beträgt ca. 120 µm. In die Gräben wird ein opaques oder reflektierendes Material gefüllt. Eine Verringerung der Schnittbreite ist bei diesem Verfahren nicht mög lich. Ebenso ist es nicht geeignet, ein von einer Gitterstruktur abweichendes Muster herzustellen.
Ebenfalls in US-PS 3 936 645 wie auch in US-PS 3 643 092 wird offenbart, einen Phosphorschirm mit einer zellularen Struktur in der strahlungsempfindlichen Schicht dadurch herzustellen, daß im Wechsel flache und gewellte Bänder aus einem lichtabsorbierenden oder -reflektierenden Material, wie z. B. Metall, aneinandergefügt und die so erhaltenen Zwischenräume entweder teilweise oder vollständig mit einem Phosphor ausgefüllt werden. Der Durchmesser der Zwischenräume kann dabei 120 µm bis 1 mm, die Dicke der Bänder 10 - 30 µm und die Höhe der Phosphorschichten in den Zellen ein Vielfaches des Durchmessers betragen. Bei diesem Verfahren dürften jedoch Probleme bei der Handhabung der sehr kleinen, nicht sonderlich stabilen Teile auftreten. Darüber hinaus besteht keinerlei Variationsmöglichkeit bezüglich der Lochgeometrie.
Nach US-PS 3 783 298 und UP-PS 3 783 299 werden für den Phosphorschirm einer Röntgenverstärkerröhre mittels eines Photoätzverfahrens und einer aufwendigen Replika-Technik Substrate aus Metall oder Kunststoff hergestellt, welche rasterförmig angeordnete Löcher aufweisen. Der Durchmesser der ca. 250 µm tiefen Löcher beträgt 120 - 150 µm, die Breite der Stege 10 - 40 µm. Die Löcher können eine quadratische oder hexagonale Gestalt besitzen. Die Phosphorschicht wird entweder in Form eines binderhaltigen oder binderfreien Pulvers oder durch Aufdampfen auf die strukturierte Seite des Substrats aufgebracht, wobei die Stege vollständig in das lumineszierende Material eingebettet werden. Über eine Höhe von ca. 20 - 50 % der gesamten Schichtdicke ist die Phosphorschicht kontinuierlich, so daß zumindest in diesem Bereich die unerwünschte laterale Lichtstreuung auftritt und die Ortsauflösung beeinträchtigt.
In EP-A 0 175 578 ist u. a. eine Röntgenbildspeicherplatte beschrieben, welche eine mit einem Lochraster versehene, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Trägerplatte aufweist. In einem Beispiel beträgt der Lochdurchmesser einer schwarz gefärbten Kunststoffsubstratplatte 100 µm, die Lochtiefe 100 µm und die Stegbreite 10 µm. Die Phosphorschicht wird analog zur zuvor genannten Druckschrift mittels Aufdampfens oder Sputterns so aufgebracht, daß sie die Stege vollständig überdeckt. Die Dicke der kontinuierlichen Phosphorschicht über den Stegen beträgt 2/3 der Gesamtschichtdicke, so daß auch bei dieser Bildplatte noch in erheblichem Maße laterale Lichtstreuung auftritt. Das Verfahren zur Erzeugung des Lochrasters in der Kunststoffträgerplatte wird in der Druckschrift nicht beschrieben. Nachteilig an dieser Bildplatte ist, daß Kunststoff an sich wegen seiner leichten Verformbarkeit für tiefe Löcher mit schmalen Stegen wohl kaum geeignet sein dürfte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bildplatte für Aufnahmen mit ionisierenden Strahlen, insbesondere eine Bildverstärker- oder Bildspeicherplatte, bereitzustellen, welche bei großer Stabilität sowohl ein hohes Auflösungsvermögen als auch eine hohe Nachweisempfindlichkeit für ionisierende Strahlung aufweist und darüber hinaus noch einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Bildplatte durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren wird in Anspruch 14 beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Bildplatte wird eine Trägermatrix aus einem anorganischen Material mit einem Lochraster versehen. In die Löcher wird die Bildverstärker- oder -speichersubstanz eingefüllt.
Die Verwendung eines anorganischen Materials bietet den Vorteil, daß aufgrund der im Vergleich zu Kunststoff größeren Härte, auch bei großen Lochtiefen, sehr feine, gegen Verformung stabile Strukturen erzeugt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die beim Auslesen oder durch Reibungskontakte bei Bildplatten mit Kunststoffmatrix häufig auftretenden, störenden elektrostatischen Aufladungen völlig vermieden werden. Als anorganische Materialien werden nach der vorliegenden Erfindung bevorzugt Glas, Keramik, Glaskeramik oder Metall verwendet.
Die Lochtiefe beträgt erfindungsgemäß wenigstens 100 µm. Es hat sich gezeigt, daß bei Lochtiefen von weniger als 100 µm keine ausreichende Lichtausbeute erzielbar ist. Die maximale Lochtiefe ist durch die Plattendicke gegeben.
Der Lochdurchmesser liegt bevorzugt zwischen 20 und 300 µm. Bei kleineren Lochdurchmessern wird das Einfüllen der Bildverstärker - oder -speichersubstanz zu schwierig. Ein Lochdurchmesser von mehr als 300 µm geht dagegen zu Lasten der Ortsauflösung. Eine ausreichende Ortsauflösung wird bereits dann erzielt, wenn das Raster aus wenigstens 32 x 32 Rasterpunkten pro cm² besteht.
Die Löcher können sowohl durch die Platte hindurchgehend als auch als Sacklöcher ausgebildet sein. Durchgehende Löcher sind einfacher zu füllen, bei Sacklöchern können, da größere Plattendicken möglich sind, stabilere Bildplatten hergestellt werden.
Für die Anwendung als Bildverstärkerplatte sollte die Oberfläche der aktiven Schicht möglichst groß sein. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, die Sacklöcher trichterförmig auszubilden. Die Stegbreite kann dann sehr klein gewählt werden, ohne daß die mechanische Stabilität der Platte beeinträchtigt wird.
Die Löcher können nach allen an sich für derartige Zwecke bekannten Verfahren erzeugt werden, so durch Ätzen, elektrochemisches Senken oder durch Bohren, z. B. mittels eines Laser- oder Elektronenstrahls. Als weitere Möglichkeit zur Herstellung der Trägermatrix kommt noch das galvanoplastische Abformen eines geeigneten Negatives in Frage.
Ein besonders günstiges Verfahren besteht darin, als Trägermaterial eine Platte aus einem photoätzbaren Glas zu verwenden und die Löcher in an sich bekannter Weise durch ein Photoätzverfahren zu erzeugen. Im Anschluß an den Ätzprozeß kann das geätzte Glas in eine Glaskeramik umgewandelt werden.
Photoätzbare Gläser sind allgemein bekannt. In der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt Gläser und ein Ätzverfahren verwendet, wie es in DE-PS 922 733 und DE-PS 922 734 beschrieben ist. Es handelt sich dabei im wesentlichen um Gläser der binären Systeme SiO₂ - Li₂O und SiO₂-BaO, welche neben den Keimbildnern Cu, Ag, Au und/oder CeO₂ und den Sensibili satoren F⁻ und/oder Ce⁻noch Zusätze an Na₂O, K₂O und/oder Al₂O₃ enthalten können.
Durch Belichtung mit ultraviolettem Licht durch eine Maske mit einem gewünschten Rastermuster, z. B. durch ein photographisches Negativ, und einer sich daran anschließenden Temperaturbehandlung werden in diesen Gläsern gezielt kristalline Bereiche erzeugt. Das Ätzen erfolgt gemäß den oben genannten Druckschriften mittels verdünnter Flußsäure. Die kristallinen und die glasigen Bereiche zeigen eine unterschiedliche Löslichkeit in verdünnter HF, so daß je nach Glasart entweder die kristalline oder die glasige Phase vollständig herausgelöst werden kann, während die andere Phase im wesentlichen unverändert bleibt. Es entsteht somit eine Platte, welche das gewünschte Lochraster enthält.
Die geometrische Gestalt der Löcher ist frei wählbar. Bevorzugt werden Lochgeometrien verwendet, bei denen die aktive Oberfläche möglichst groß ist. Hier kommen in erster Linie rechteckige oder wabenartige Strukturen in Frage.
Für viele Anwendungen kann es wünschenswert sein, eine Trägermatrix aus einer Glaskeramik zu verwenden. In diesem Fall wird durch die erneute Belichtung der gesamten Glasplatte nach dem Ätzen und die sich daran anschließende Temperaturbehandlung unter den in DE-PS 922 733 und DE-PS 922 734 genannten Bedingungen das strukturierte Glas insgesamt in eine Glaskeramik überführt.
Die Herstellung des Lochrasters mittels eines Photoätzverfahrens ist jedoch nicht nur auf die obengenannten Gläser, die Belichtungsart und das Ätzmittel beschränkt. Prinzipiell sind alle photoätzbaren Gläser, Belichtungsarten und Ätzmittel geeignet, sofern die dadurch erzeugbaren Strukturen in der gewünschten Feinheit herstellbar sind.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren können in der Trägermatrix definierte Strukturen mit sehr genauen geometrischen Abmessungen erzeugt werden. Die Seitenwände der geätzten Öffnungen sind nahezu senkrecht und rauh. Die Neigung beträgt 2 - 4° zur Flächennormalen. Die Ätztiefe kann auch bei feinen Strukturen ein Mehrfaches des Lochdurchmessers betragen und ermöglicht damit selbst bei hoher Lochanzahl pro Fläche eine relativ große Dicke der Platte und damit entsprechende Stabilität.
Wird der Ätzprozeß bei ausreichend dicken Platten frühzeitig bei gewünschter Tiefe gestoppt(Reliefätzung), so entstehen Sacklöcher. Zur Ausbildung der trichterförmigen Löcher wird die photoätzbare Glasplatte nicht aus der Senkrechten bestrahlt, sondern die Belichtungsquelle wird unter einem vorgegebenen Winkel über der Platte um die Flächennormale herumgeführt.
Die Stegbreite, der Lochdurchmesser wie auch die Dicke und die laterale Ausdehnung der hochauflösenden Bildplatte können unter Berücksichtigung der mechanischen Stabilität der Glas- oder Glaskeramik-Trägermatrix leicht aufeinander abgestimmt werden. So muß bei einem großen Lochdurchmesser und einer geringen Stegbreite die Plattendicke groß, die Fläche hingegen klein gewählt werden.
Die Stegbreite sollte zwischen Sacklöchern an der Plattenoberfläche 1 µm nicht unterschreiten, um eine noch ausreichende Stabilität der Stege zu gewährleisten. Bei durchgehenden Löchern empfiehlt es sich hinsichtlich der Festigkeit der Platte, die Stegbreite nicht kleiner als 10 µm zu wählen. Bei Verwendung der Bildplatte als Speicherplatte muß die Stegbreite an den Durchmesser des anregenden Laserstrahls so angepaßt werden, daß beim Auslesen der Platte nicht zwei Löcher gleichzeitig angeregt werden.
Die Plattendicke liegt vorteilhafterweise zwischen 50 und 5000 µm. Bildplatten mit geringerer Dicke sind sehr instabil und damit schwierig zu handhaben. Platten mit Dicken bis zu 5000 µm sind für die beabsichtigten Verwendungszwecke ausreichend stabil. Eine Erhöhung der Plattendicke über diese Grenze hinaus ist wegen der hohen Kosten des Matrixmaterials nicht sinnvoll.
Bei Verwendung einer Trägermatrix aus einem lichtdurchlässigen Material können zur Erhöhung der Lichtausbeute wie auch zur Verbesserung der Ortsauflösung die Wände der Löcher, d. h. die Stege, mit einer dünnen Schicht aus einem reflektierenden bzw. diffus streuenden Material überzogen werden. Hierzu kommen in erster Linie dünne Metall- oder Metalloxidschichten in Frage, welche mittels herkömmlicher Abscheidungsmethoden, wie z. B. Aufdampfen, Sputtern oder chemischen Abscheidungsverfahren,aufgebracht werden können. Als Metalle werden bevorzugt Cr, Cu, Ag oder Al, als Metalloxide TiO₂ oder Al₂O₃ verwendet. Des weiteren ist es möglich, wie aus dem Stand der Technik bekannt (z. B. US-PS 4 394 581, US-PS 4 350 893),die Bildschärfe durch Einfärben der Trägerplatte zu erhöhen, was jedoch bei einer photoätzbaren Matrixplatte nur dann möglich ist, wenn die für die Erzeugung des Lochrasters erforderliche Belichtung durch die Einfärbung nicht gestört wird. Im Gegensatz zu den bekannten Bildplatten wird durch diese Maßnahme die Nachweisempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Bildplatte nicht beeinträchtigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Ortsauflösung durch Schwarzfärbung des Trägermatrixmaterials erhöht. Bei den in DE-PS 922 734 und DE-PS 922 733 beschriebenen Ag-haltigen Gläsern macht man sich dabei nach Erzeugung des Lochrasters den Effekt zunutze, daß mit der Keramisierung des Glases durch Ausscheidung von metallischem Silber eine Dunkelfärbung des Materials einhergeht. Die daraus resultierende nahezu schwarze Glaskeramik zeichnet sich selbst bei Schichtdicken von einigen µm durch eine beträchtliche Absorption sichtbaren Lichts aus, was hinsichtlich der gewünschten Lichtabsorption in den Stegen für den Anwendungsfall wichtig ist. Verstärkt wird diese Eigenschaft noch durch die aufgerauhte Oberfläche des vorgeschalteten Ätzprozesses.
Als Bildverstärker - oder -speichersubstanz sind alle Substanzen geeignet, die in der Lage sind, ionisierende Strahlung wenigstens teilweise in sichtbares Licht zu wandeln. Dabei ist die Wahl eines geeigneten Phosphors keineswegs auf die üblicherweise verwendeten, sehr teuren, aufwendig zu synthetisierenden Leuchtstoffe mit hoher Lichtausbeute beschränkt.Die erfindungsgemäße Bildplatte ist so aufgebaut, daß auch mit weniger effizienten Phosphoren, wie z. B. im Falle der Röntgenradiographie mit der einfachen Verbindung SrSO₄, schon gute Ergebnisse erzielbar sind. Zweckmäßigerweise wird die Bildverstärker- oder -speichersubstanz in Form eines Pulvers oder einer Suspension in einem geeigneten Suspendiermittel, ggfls. unter Anwendung von Ultraschall in die Öffnungen eingefüllt.
Korngrößen des Pulvers zwischen 1 und 150 µm sind besonders vorteilhaft. Pulver mit Korngrößen kleine als 1 µm sind nicht nur aufwendig und schwierig herzustellen, sondern auch wenig empfehlenswert, da mit abnehmender Korngröße die Streuverluste in der Phosphorschicht stark zunehmen. Korngrößen von mehr als 150 µm gehen dagegen zu Lasten der Lichtausbeute, da die Körner bei den angegebenen bevorzugten geometrischen Abmessungen der Löcher nicht dicht genug gepackt werden können.
Erfindungsgemäß wird das Pulver mittels einer Schicht aus einem lichtdurchlässigen Material auf der Trägerplatte oder mittels eines Bindemittels, wie z. B. einem organischen Binder oder einem Glaslot, in den Löchern fixiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Pulver nach dem Einfüllen in die Löcher isostatisch verpreßt. Dadurch entsteht aus dem losen Pulververband eine dichte lichtdurchlässige Masse mit hoher Quanteneffizienz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Bildverstärker - oder -speichersubstanz ein phosphoreszierendes niedrigschmelzendes Glas verwendet, welches in Form eines Pulvers in die Löcher der Trägermatrixplatte eingefüllt und anschließend eingeschmolzen wird.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die hochauflösende Bildplatte einfach und kostengünstig herzustellen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Art eine große Variationsbreite hinsichtlich der Geometrie und der Abmessungen des Lochrasters, wie sie im Stand der Technik bisher noch nicht beschrieben wurde.
Die erfindungsgemäße Bildplatte eignet sich insbesondere zum Einsatz im medizinischen Bereich als hochauflösende Röntgenbildspeicherplatte. Es sind ohne weiteres Bildplatten mit einer Fläche von 17 x 17 Zoll² (≈ 43 x 43 cm²), ausreichend für eine Röntgenaufnahme der Lunge, herstellbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiele 1 und 2

Eine 0,75 mm dicke, 100 x 100 mm² große Glasplatte gemäß DE-PS 922 733 mit der Zusammensetzung (in Gew.-%) 82,5 SiO₂, 12,5 Li₂O, 2,5 K₂O, 2,5 Al₂O₃, 0,006 AgCl, 0,02 CeO₂ wurde nach dem dort beschriebenen Verfahren
80 Minuten lang auf einer Fläche von 80 x 80 mm² mit UV-Licht mit einem
Muster von ca. 700 Rasterpunkten pro cm² bestrahlt. Nach dem Entwickeln durch Tempern bei etwa 610 °C über eine Zeitdauer von 2 Stunden wurde die Glasplatte abgekühlt und bei Raumtemperatur mit 0,5 n HF so lange geätzt, bis eine Lochtiefe von etwa 300 µm erreicht war. Die so erhaltenen Löcher hatten einen Durchmesser von etwa 180 µm, die Stegbreiten betrugen ca. 200 µm. In die Löcher wurde die aus handelsüblichem BaFBr : Eu²⁺-Pulver (Korngröße 60 µm) bestehende Bildspeicher- bzw. -verstärkersubstanz eingefüllt und anschließend mittels eines lichtdurchlässigen Klebebands darin fixiert (Beispiel 1). In Beispiel 2 wurde bei einer strukturierten Trägerplatte wie oben beschrieben SrSO₄-Pulver (Korngröße 60 µm) anstelle des BaFBr : Eu²⁺ verwendet.
Die erfindungsgemäßen Bildplatten wurden dann im Vergleich zu einer handelsüblichen Röntgenbildspeicherplatte des Typs FUJI, HR einem Signal-/-Auflösungstest mit Röntgenstrahlung unterzogen. Die Testbedingungen sind in US-PS 4 394 581 beschrieben (skizziert in FIG. 1). Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 1 aufgeführt. Dabei ist die Größe MTF (modulated transfer function) ein Maß für die Auflösung; lp/mm bedeutet Linienpaare pro mm und gibt die Feinheit des aufzulösenden Rastermusters an.
Die handelsübliche Röntgenbildspeicherplatte ist im Gegensatz zur erfindungsgemäßen mit einem aufwendig herzustellenden, hinsichtlich der Lichtausbeute optimierten BaFBr : Eu²⁺-Phospor beschichtet.

Beispiel 3

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde eine Bildplatte mit dem Verfahren gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch bei einer Lochtiefe von 300 µm ein Lochraster mit ca. 10⁴ Rasterpunkten pro cm² erzeugt wurde. Die Löcher hatten einen Durchmesser von 80 µm, die Breite der Stege dazwischen betrug 20 µm. Als Phosphor wurde wie in Beispiel 1 handelsübliches BaFBR:Eu²⁺ verwendet. Die Ergebnisse des Signal/Auflösungstests zeigt Tabelle 2.

Beispiel 4

Eine Trägerplatte gemäß Beispiel 3 wurde vor dem Einfüllen der Bildspeicher- bzw. -verstärkersubstanz mit einer diffus reflektierenden Schicht aus Ag (sputtered) überzogen. Die Testergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt.

Beispiel 5

Eine Bildplatte gemäß Beispiel 4, aber mit einer Lochtiefe von nur 50 µm, wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und dem gleichen Signal-/Auflösungstest wie die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Bildplatten unterzogen. Die Testergebnisse zeigt Tabelle 2. Tabelle 2

Beispiel Phosphor max. Signal (rel.) MTF/ (%)

0,5 lp/mm 2,5 lp/mm

3 BaFBr:Eu²⁺ 350 98 58

4 BaFBr:Eu²⁺ 750 100 80

5 BaFBr:Eu²⁺ 280 100 80
Auffallend ist die gute Auflösung der erfindungsgemäßen Bildspeicherplatte unabhängig vom verwendeten Phosphor und der verstärkende Einfluß der reflektierenden Schicht sowohl auf die Signalintensität als auch auf die Auflösung (MTF).
Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Bildplatten gegenüber der handelsüblichen zeigt sich insbesondere bei sehr feinen Strukturen (2,5 lp/mm). Man erkennt weiterhin, daß eine ausreichende Signalintensität bei hoher Ortsauflösung nur mit einer großen Lochtiefe erzielbar ist.

Claims

1) Hochauflösende Bildplatte für Aufnahmen mit ionisierenden Strahlen, insbesondere verwendbar als Bildverstärker - oder Bildspeicherplatte, bestehend aus einer Trägermatrix und einer rasterartig angeordneten Bildverstärker- oder -speichersubstanz,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägermatrix aus einem anorganischen Material besteht und mit einem Lochraster versehen ist, wobei die Lochtiefe wenigstens 100 µm beträgt, und daß die Bildverstärker- oder -speichersubstanz sich vollständig in den Löchern befindet.

2) Bildplatte nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lochdurchmesser wenigstens 20 µm beträgt.

3) Bildplatte nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lochraster aus Sacklöchern besteht.

4) Bildplatte nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sacklöcher trichterförmig ausgebildet sind.

5) Bildplatte nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägermatrix eine Platte aus einem Glas oder einer Glaskeramik ist.

6) Bildplatte nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Lochraster aus photogeätzten Löchern besteht.

7) Bildplatte nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Breite der Stege aus Matrixmaterial zwischen den Löchern an der Plattenoberfläche wenigstens 1 µm beträgt.

8) Bildplatte nach wenigstens einem der Ansprüche 5 - 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Plattendicke zwischen 50 und 5000 µm beträgt.

9) Bildplatte nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wände der Löcher mit einer dünnen, reflektierenden oder diffus streuenden Schicht überzogen sind.

10) Bildsplatte nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bildverstärker - oder -speichersubstanz sich in Form eines Pulvers in den Löchern der Trägermatrix befindet.

11) Bildplatte nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Korngröße des Pulvers 1 - 150 µm beträgt.

12) Bildplatte nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pulver mittels eines Bindemittels, insbesondere mittels eines Glaslots oder eines organischen Binders, oder durch isostatisches Verpressen in den Löchern fixiert ist.

13) Bildplatte nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägermatrix zur Fixierung des Pulvers in den Löchern mit einer Schicht aus einem lichtdurchlässigen Material überzogen ist.

14) Verfahren zur Herstellung einer hochauflösenden Bildplatte für Aufnahmen mit ionisierender Strahlung, insbesondere einer Bildverstärker - oder Bildspeicherplatte, bestehend aus einer Trägermatrix und einer rasterartig angeordneten Bildverstärker - oder -speichersubstanz,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Trägermatrix eine Platte aus einem photoätzbaren Glas oder Ausgangsglas zur Glaskeramik verwendet wird, in welcher in an sich bekannter Weise durch Projizieren von Licht in Form eines Rastermusters auf die Oberfläche und eine sich daran anschließende Temperaturbehandlung mit anschließendem Ätzprozeß ein Lochraster erzeugt wird, und daß die Bildverstärker- oder -speichersubstanz in die Löcher gefüllt und dort fixiert wird.

15) Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fixieren des Pulvers durch isostatisches Verpressen erfolgt.

16) Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fixieren des Pulvers mittels eines Bindemittels, insbesondere mittels eines Glaslots oder eines organischen Binders, erfolgt.

17) Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fixieren des Pulvers durch Abdecken der Löcher mit einer Schicht aus einem lichtdurchlässigen Material erfolgt.

18) Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 - 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glas vor dem Einfüllen der Bildverstärker - oder -speichersubstanz durch Belichtung und eine sich daran anschließende Temperaturbehandlung in eine schwarze Glaskeramik umgewandelt wird.

19) Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 - 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wände der Löcher mittels eines Sputter-, Aufdampf- oder chemischen Abscheideverfahrens mit einer dünnen, reflektierenden oder diffus streuenden Schicht überzogen werden.