DE4223861A1

DE4223861A1 - Strahlungswandler

Info

Publication number: DE4223861A1
Application number: DE19924223861
Authority: DE
Inventors: Fritz-Walter Dr Hofmann
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1991-08-05
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1993-02-11

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungswandler mit einer Zel le, die einen lichtreflektierenden Mantel aufweist, der das strahlungswandelnde Material umgibt.

Solche Strahlungswandler finden in der bildgebenden medizini schen Diagnostik Anwendung und werden bei Röntgenbildverstär kern, Röntgendetektoren, Röntgenfilmaufnahmen als Verstärker folien, bei Speicherleuchtstoffbildsystemen und bei Gamma kameras eingesetzt. Bei diesen Strahlungswandlern wird hoch energetische Strahlung im Leuchtstoff, dem strahlungswandeln den Material, absorbiert und in Lichtstrahlung gewandelt. Das im Leuchtstoff durch Quantenabsorption entstehende Lumines zenzlicht breitet sich im Leuchtstoff in einem gewissen Ausmaß auch seitlich aus, wobei dieser Effekt mit der Schichtdicke des Leuchtstoffes steigt. Die seitliche Lichtausbreitung be wirkt eine Verschlechterung der Modulationsübertragungsfunk tion des bildgebenden Systems bzw. begrenzt das Auflösungsver mögen. Deshalb ist eine Kanalisierung des Lichtes, d. h. also eine weitgehende Verhinderung der seitlichen Lichtausbreitung, anzustreben. Verhindert werden kann dies durch Absorption, zweckmäßiger ist jedoch durch Reflexion, um die gesamte emit tierte Lichtmenge möglichst wenig zu vermindern.

Aus der EP-02 42 024 A2 ist ein Eingangsleuchtschirm eines zweistufigen Flachbildverstärkers bekannt, der aus einer geätzten Glas- oder Keramikplatte besteht. Diese Glas- oder Keramikplatte weist einzelne, durch Ätzen entstandene Zellen auf, die durch Aluminiumbedampfung verspiegelt sind. In diese einzelnen Zellen wird der Leuchtstoff eingefüllt.

In dem Artikel "Image Intensifier Tubes with Intagliated Screens" aus Advances in Electronics and Electron Physics Vol. 74, Seiten 315 bis 322, ist ein Ausgangsleuchtschirm beschrieben, der eine aus Glasfaseroptik bestehende Platte mit einzelnen Faserelementen aufweist, die durch Ätzen hergestellt sind. In jede einzelne Faser sind Leuchtstoffpartikel einge füllt, die bei Elektronenbestrahlung lumineszieren. Um zu ver meiden, daß sich dieses Lumineszenzlicht seitlich ausbreitet, sind die seitlichen Wände jeder einzelnen Faseroptik metalli siert.

Aus der DE-OS 28 07 572 sowie der DE-OS 33 25 035 sind Rönt genleuchtschirme bekannt, deren Leuchtschicht in den Löchern einer Lochrasterplatte eingebracht ist. Die Lochrasterplatte kann aus Eisen, Leichtmetall oder Glas bestehen. Die Löcher in der Lochrasterplatte können rund, quadratisch oder bienen wabenartig strukturiert sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strahlungswandler der eingangs genannten Art so auszuführen, daß die Lichtleitung verlustärmer ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem lichtreflektierenden Mantel und dem strahlungswandelnden Material eine dünne Zwischenschicht aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex vorgesehen ist.

Vorteil der Erfindung ist, daß Lumineszenzlicht, das mit einem Einfallswinkel größer als der Totalreflexionswinkel auf die Grenzfläche zwischen dem strahlungswandelnden Material und der Zwischenschicht auftrifft, praktisch verlustfrei to talreflektiert wird. Der nicht totalreflektierte Lichtanteil durchdringt die Zwischenschicht und trifft auf den lichtre flektierenden Mantel. Da der Einfallswinkel infolge der Brechung vom optisch dichten ins optisch dünnere Medium ver größert wird, ist die Reflexion am Mantel sehr streifend und deshalb verlustärmer, wodurch die Lichtausbeute erheblich verbessert ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Brechungsindex der Zwischenschicht kleiner als der Brechungsindex des strahlungs wandelnden Materials, da somit besonders gute Reflexionseigen schaften erhalten werden.

Eine besonders gute Lichtleitwirkung wird erhalten, wenn die Zwischenschicht ein transparentes Dielektrikum aus Glas, SiO, SiO₂ oder MgF₂ ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

In der Figur ist ein Strahlungswandler mit einer Zelle 1 ge zeigt, die einen lichtreflektierenden Mantel 2 aufweist, der ein strahlungswandelndes Material 3 umgibt. Der Mantel 2 kann aus Metall oder aus verspiegeltem, nichtmetallischem Material bestehen. Als strahlungswandelndes Material 3 kann CsJ, CsJ:Tl, CsJ:Na, ZnCdS:Ag, Gd₂O₂S:Tb Anwendung finden. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Mantel 2 und dem strahlungs wandelnden Material 3 eine dünne Zwischenschicht 4 aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex vorgesehen. Der Brechungsindex der Zwischenschicht 4 ist vorzugsweise kleiner als der Brechungsindex des strahlungswandelnden Materials 3, das vorzugsweise als transparentes Dielektrikum aus Glas, SiO, SiO₂ oder MgF₂ besteht. Die Dicke der Zwischenschicht 4 ist äußerst dünn, sie kann in der Größenordnung der Lichtwel lenlänge, also ca. 0,1 bis 10 µm, vorzugsweise von 0,5 bis 5 µm, sein. Der Füllfaktor der Zelle 1 mit strahlungswandelndem Material 3 ist somit nur geringfügig reduziert.

In einer erfindungsgemäß ausgestalteten Zelle 1 wird das Lumineszenzlicht, das mit einem Einfallswinkel größer als der Totalreflexionswinkel auf die Grenzfläche zwischen dem strah lungswandelnden Material 3 und der Zwischenschicht 4 auf trifft, praktisch verlustfrei totalreflektiert. Der Grenzwin kel der Totalreflexion ist eine Funktion der Brechungsindizes der Zwischenschicht 4 und des strahlungswandelnden Materials 3. Mit einem Brechungsindex der Zwischenschicht 4 von n₁= 1,38 für MgF₂ und des strahlungswandelnden Materials 3 von n₂ =1,78 für CsJ erhält man den Grenzwinkel der Totalreflexion =50,8°, der nach der Formel sin phi=n₁/n₂ berechnet werden kann.

Der nicht totalreflektierte Lichtanteil trifft größtenteils durch die Zwischenschicht 4 hindurch auf den lichtreflektie renden Mantel 2. Da infolge der Brechung des Lichts beim Übergang vom optisch dichten ins optisch dünne Medium der Einfallswinkel vergrößert wird, ist die Reflexion am lichtre flektierenden Mantel 2 somit mehr streifend und deshalb ver lustärmer.

Hauptsächlich wegen des totalreflektierten Anteils, aber auch wegen der Reflexion unter mehr streifenden Winkeln, resultiert durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Zelle 1 eine erheblich gesteigerte Lichtausbeute.

Es versteht sich von selbst, daß ein Strahlungswandler nach der Erfindung nicht nur eine einzelne Zelle 1 aufweisen kann, sondern daß er aus einer Vielzahl einander benachbarter, vor zugsweise in einer Matrix angeordneter Zellen bestehen kann.

Claims

1. Strahlungswandler mit einer Zelle (1), die einen lichtre flektierenden Mantel (2) aufweist, der das strahlungswandelnde Material (3) umgibt, dadurch gekennzeich net, daß zwischen dem lichtreflektierenden Mantel (2) und dem strahlungswandelnden Material (3) eine dünne Zwischenschicht (4) aus einem Material mit niedrigem Brechungsindex vorgesehen ist.

2. Strahlungswandler nach Anspruch 1, wobei der Brechungsindex der Zwischenschicht (4) kleiner ist als der Brechungsindex des strahlungswandelnden Materiales (3).

3. Strahlungswandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht (4) ein transparentes Dielektrikum aus Glas, SiO, SiO₂ oder MgF₂ ist.

4. Strahlungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zwischenschicht (4) eine Dicke von 0,1 bis 10 µm aufweist.