DE1930861A1

DE1930861A1 - Szintillationsdetektor-Anzeigesystem

Info

Publication number: DE1930861A1
Application number: DE19691930861
Authority: DE
Inventors: Robert Hindel
Original assignee: Picker Corp
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1968-06-25
Filing date: 1969-06-18
Publication date: 1970-01-02
Also published as: JPS50947B1; US3532927A; GB1262759A; NL6909557A; FR2014211A1

Description

PATENTANWALT

DIPL-ING.

HELMUT GÖRTZ 13. Juni 1969

6 Frankfurt am Main 70 Gzx/Ha.

Sdimdeanhotor. 27· Tel. «1 7079

Picker Corporation, 1275 Mamaroneck Avenue, White Plains, USA

Szintillationsdetektor-Anzeigesystem

Die Erfindung betrifft Szintillationsdetektoren und insbesondre ein anzeigendes System zur richtigen Einstellung einer Anzeigeeinrichtung, um eine sichtbare Anzeige für die Lage einer Szintillation zu erhalten, die in einem Szintillator auftritt.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Aufnahme der Radioaktivität sver teilung in einem Körper, wie z.B. einem menschlichen Organ, in welches ein radioaktiver Stoff eingeführt wurde, bekannt geworden. Dieses Gerät benutzt einen Szintillator, der Lichtblitze aussendet, wenn er von der von dem Organ ausgehenden Strahlung getroffen wird. Die Szintillaiäonen sichtbaren Lichtes werden bei dem Aufnahmeverfahren benutzt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine Vielzahl von Fotoelektronenröhren benachbart zu einem Szintillator angeordnet, welcher Szintillationen an den Stellen emittiert, die den Stellen der Röntgen- oder Gammastrahlen in dem betrachteten Körper entsprechen, die die Szintillationen hervorrufen. Die Fotoelektronenröhren sind in einem geringen Abstand von dem Szintillator angeordnet, so daß sie überlappende Bereiche des Szintillator überwachen. Somit liegt jede Fotoelektronenröhre nur einem Teil jedes Lichtstoßes gegenüber und jede einzelne Szintillation wird von mehreren Fotoelektronenröhren wiedergegeben. Jede Fotoelektronenröhre mißt den Betrag des

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Lichtes, der von ihr aufgenommen wurde. Elektrische Signale von den Fotoelektronenröhren werden in Rechenschaltungen miteinander verglichen, um die Lage jeder Szintillation in Bezug auf ein festgelegtes rechtwinkliges Koordinatensystem in dem Szintillator zu bestimmen. Signale von der Rechenschaltung werden dann an eine Kathodenstrahlröhre weitergegeben, um . ihren Elektronenstrahl auszulenken und einen sichtbaren Fleck auf der Stirnfläche der Röhre an einem Punkt zu erzeugen, der der Lage der ursprünglichen Szintillation in dem Szintillator entspricht. Ein Impulshöhenselektor wird benutzt, um unerwünschte Signale auszuschalten, z.B. diejenigen,.die durch Untergrund- und/oder Streustrahlung hervorgerufen werden.

Solche Vorrichtungen sind in den medizinischen Fachgebieten weit verbreitet. Ihnen haften jedoch erhebliche Nachteile an. Bin solche« System, welches den Ausgang einer Zahl -von Fotoelektronenröhren benutzt, um das Summensignal für die gesamte aufgenommene Energie und dekodierte Lagesignäle sowohl für die X- als auch die Y-Koordinate benutzt, überträgt jede statistische Schwankung, die der Energiebestimmung einer Summe anhaftet, gleichzeitig auf die X-) und Y-Lagesignale.

Dies kann man am besten aus dem folgenden Beispiel erkennen. Nimmt man an, daß eine Szintillation an einem bestimmten Ort in dem Szintillator das X-Achsen-Signal um 1o, das Y-Achsen-Signal um 5 und eiß Z-Achsen-Signal um 4-0 Einheiten anhebt. Hierdurch wird verursacht, daß der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre auf einen bestimmten Ort des Bildschirmes geführt und dort in einen Lichtfleck umgewandelt wird. Wenn nun eine weitere Szintillation an genau dem gleichen Ort in dem Szintillator stattfindet, jedoch mit niedrigerer Energie als die erste Szintillation, so daß das Z-Achsen-Signal um 36

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Einheiten, das X-Achsen-Signal um 9 Einheiten und das Y-Achsen-Signal um 4,5 Einheiten angehoben werden, so wird der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre auf einen anderen Ort auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm geführt und dort in einen Lichtfleck umgewandelt. Eine Vielzahl von Szintillationen, die an dem gleichen Ort in dem Szintillator auftreten, jedoch mit verschiedenen Energien, verursachen, daß der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre an verschiedenen Stellen des Leuchtschirmes auftritt. Hierdurch entsteht eine Linie auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm anstatt eines Fleckes, der anzeigen soll, daß die Szintillationen an dem gleichen Punkt stattfinden.

Der Benutzer eines solchen Systems ist deswegen veranlaßt, den zulässigen Bereich der Summensignale einzuschränken, was die erhältlichen G-esamtzählraten erheblich einschränkt. Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden Verhältnisschaltungen vorgesehen, um den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre nicht nach der absoluten Amplitude der X- und Y-Achsen-Signale, sondern entsprechen! den Verhältnissen der Amplituden dieser Signale zu dem Energie- oder Summensignal einzustellen. Eine bekannte Rückschaltung dieser Art benutzt die nicht linearen Charakteristiken von Dioden, um eine erste Näherung an ein soübs Verhältnis zu erhalten. Andere Schaltungen benutzen die logarithmischen Charakteristiken von Halbleitern zu demselben Zweck.

Verhältnisschaltungen der erwähnten Art haben jedoch ebenfalls Nachteile. Sie sind z.B. allgemein empfindlich gegen Temperaturschwankungen und erfordern darüber hinaus eine exakte Anpassung der Charakteristiken aktiver Bauelemente.

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Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, ein anzeigendes System zu schaffen, welches die genannten Nachteile vermeldet.

Die Erfindung stützt sich darauf, daß elektrische Signale, die exponentiell abfallen, ihre relativen Amplitudenverhältnisse solange beibehalten, wie die Abfallzeitkonstanten gleich sind. Auf ein erfindungsgemäßes Szintillationsdetektor-Anzeigesystem angewendet, welches in Zusammenhang mit einer bekannten Kamera beschrieben wird, bedeutet dies, daß das Summensignal und die dekodierten X-Achsen- und Y-Achsen-Lage-Signale, die von einer Fotoelektronenröhrenanordnung und einer Rechenschaltung, wie der oben erwähnten, abgeleitet werden, genau die gleicheiAbfallzeitkonstanten aufweisen müssen. Dies wird durch Benutzung in-aktiver Bauelemente ausgeführt, die keinen Änderungen ihrer Charakteristik mit TemperaturSchwankungen unterworfen sind und die einfach aneinander angepaßt werden können.

Der Summen- oder Energieimpuls (bekannt als das Z-Achsen-Signal) wird an eine Impulsverlängerungs- und gesteuerte Abiallschaltung geliefert, welche betätigt wird, wenn die Impulshöhe oberhalb eines vorbestimmten Pegels "liegt. Die dekodierten X- und Y-Aehsen-Impulssignale werden auf ähnliche Weise zu entsprechenden Impulsverlängerungs- und gesteuerten Abfallschaltungen geliefert. Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem gleichzeitigen Start der drei Impulse werden alle einem gesteuerten exponentiellen Abfall unterworfen. Wenn das Z-Achsen-Signal auf einen vorbestimmten Bezugspegel abgefallen ist, werden die Abfälle aller Signale beendet und ihre Amplituden zu dieser Zeit für eine zusätzliche Zeitperiode (bekannt als Verlängerungsperiode) aufrechterhalten. Während dieser zusätzlichen oder Verlängerungszeitperiode, während der die Amplituden der drei Signale konstant gehalten werden, wird das Z-Achsen-

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Signal benutzt, um die Spur auf einer Kathodenstrahlröhre zu erregen, deren Elektronenstrahl zu diesem Zeitpunkt in einem rechtwinkligen Koordinatensystem in Übereinstimmung mit den abgefallenen X- und Y-Aohsen-Signalen ausgelenkt wird.

Das ursprüngliche Amplitudenverhältnis der X- und Y-Achsen-Signale zu dem Z-Achsen-Signal wird über die gesteuerte Abfallperiode und über die Verlängerungsperiode beibehalten. Da die Kathodenstrahlröhrenspur nicht erregt wird, bis das Z-Achsen-Signal auf einen vorbestimmten Wert abgefallen^st, stimmt die Lage des Elektronenstrahls auf der Kathodenstrahlröhre genau mit den Verhältnissen der Amplituden der X- und Y-Achsen-Signale mit der des Z.-Achsen-Signals zu dieser Zeit überein und ist unabhängig von jeglicher Amplitudenveränderung des ursprünglichen Z-Achsen- oder Summen-Signals, die auf die X- und Y-Achsen-Signale übertragen werden. Wenn somit Szintillationen an der gleichen Stelle in dem Szintillator auftreten, so werden diese auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm nicht als Linie, sondern als Punkt abgebildet, unabhängig davon,· ob sie das gleiche Energieniveau aufweisen.

In dem numerischen Beispiel, das vorläufig gegeben wird, erzeugte eine Szintillatbn X-, Y- und Z-Achsen-Signale von. 1o,5 und 4o Einheiten jeweils. Eine zweite Szintillation an derselben Stelle verursachte X-, Y- und Z-Achsen-Signale von 9, 4,5 und 36 Einheiten jeweils. In Übereinstimmung mit der Erfindung fallen alle drei Signale proportional zu ihrer relativen Amplitude ab, bis das Z-Achsen-Signal einen Wert von z.B. 32 Einheiten erreicht, bevor die Kathodenstrahlröhrenspur erregt wird.Zu diesem Zeitpunkt erreichen die X- und Y-Achsen-Signale beider Einstellungen angenähert 8 und 4 Einheiten jeweils. Somit wird

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an der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre dann derselben Stelle für beide Szintillationen erregt und erzeugt einen einzigen Fleck anstatt zweier Flecke oder einer Linie, wenn viele Szintillationen verschiedener Energiewerte an der gleichen Stelle in dem Szintillator auftreten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der raien Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Szintillationsdetektor-Anzeigesystems entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Bagramm einer typischen Imp.ulsverlängerungs- und gesteuerten Abfallschaltung und einen Rechner, entsprechend der Fig. 1, und

Fig. 3 ein Wellenformdiagramm sowie eine Tabelle, die zum Verständnis der Zustände verschiedener in Fig. 2 gezeigter Bauelemente nützlich sein können.

Das in Fig. 1 gezeigte System ist für die Benutzung mit einer Vielzahl von Fotozellen und Suijmierwiderstandm. sehr geeignet. In Fig. 1 ist eine . "Kamera" 1o gezeigt. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die vorliegende Erfindung auf nicht irgendeine besondere Aufnahmeanordnung beschränkt ist. Is reicht aus, wenn elektrische Impulssignale an das Anzeigesystem geliefert werden, deren relative Amplituden eine lage, relativ zu den X- und Y-Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems eines Lichtpunktes oder -fleckes anziegen, der auf dem Schirm

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einer Kathodenstrahlröhre 12 sichtbar angezeigt werden soll. Darüber hinaus soll ein Z-Achsen-Signal vorgesehen sein, welches die Gesamtenergie darstellt, die von dem Punkt oder Fleck ohne Koordinateninformation ausgeht»

Zur Veranschaulichung wird angenommen, daß die Kamera 1o ein an sich bekanntes Gerät ist. Für diesen Fall wird angenommen, daß sich die X- und Y-Achse im Mittelpunkt des Gesichtsfeldes der Kamera 1o schneiden. So werden von den Fotoelektronenröhren Signale geliefert, die auf der psitiven und der negativen Seite der X-Achse in Bezug auf die Y-Achse liegen. Diese Signale werden einer X-Achsen-Rechenschaltung 14 zugeführt. Auf ähnliche Weise werden Signale geliefert, die in Bezug auf die X-Achse auf der positiven und der negativen Seite der Y-Achse liegen. Diese Signale werden an eine Y-Achsen-Rechenschaltung 16 geliefert. Die X-Achsen- und Y-Achsen-Rechenschaltungen 14, 16 führen dieselbe Funktion aus, wie die in der US-Patentschrift Nr. 3 o11 o57 beschriebenen entsprechenden Schaltungen.Dort liefern die Schaltungen jedoch positive und negative Ausgangssignale entsprechend der Lage auf der positiven oder negativen Seite der X- und Y-Achsen-, Im vorliegend en. Fall liefern die Rechenschaltungen 14, 16 wegen der später zu beschreibenden Schaltung nur positive Ausgangssignale. Ein Signal, welches bei der entsprechenden Schaltung der US-Patentschrift 3 o11 o57 ein großes positives Ausgangssignal liefern würde, liefert bei der vorliegenden Einrichtung ein viel größeres positives Ausgangssignal. Die Rechenschaltungen 14, 16 verschieben daher praktisch die X- und Y-Achsen derart, daß sie sich in einem Punkt außerhalb des Mittelpunktes des Gesichtsfeldes der Kamera 1o schneiden. In Bezug auf die Anzeige, die an der Kathodenstrahlröhre 12 erscheint, besteht jedoch absolut kein Unterschied.

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Wenn es erforderlich ist, können im vorliegenden Fall die Eechenschaltungen auch mit positiven und negativen Signalen arbeiten.

Ausgangssignale von den X- und Y-Achsen-Rechenschaltungen 14, 16 werden jeweils An einen X-Achsen-Verstärker 18 und einen Y-Achsen-Verstärker 2o geliefert. Die Ausgangssignale ™ aller Fotoelektronenröhren in der Kamera 1o werden aufsummiert und dem Eingang eines Z-Achsen-Verstärkers 22 zugeführt.

Die Verstärkerausgangssignale von dem Z-Achsen-Verstärker 22 werden als Eingangssignale einem Impulshöhenselektor 24 zugeführt. Der Impulshöhenselektor 24 ist so eingeregelt, daß er positive Ausgangsimpulssignale nur dann liefert, wenn das Eingangsimpulssignal in einen vorher eingestellten Amplitudenbereich fällt. Dieser Bereich wird natürlich so eingestellt, daß der Impulshöhenselektor 24 diejenigen Impulse durchläßt, die von der Wechselwirkung der Gammastrahlen einer bestimmten gewünschten Energie mit dem Kameraszintillator herrühren. Der Aufnahmebereich des Impulshöhens el ekire kann entsprechend der' Erfindung groß genug gemacht werden, daß Summensignale mit "bestimmten erwarteten statistischen Variationen in der Amplitude ohne negative Beeinflussung der Anzeige aufgenommen werden*

Die positiven Ausgangsfapulssignale von dem Impulshöhenselektor 24 werden an zwei monostabile Multivibratoren 26, 28 geliefert, die Zeitgeber- und Steuersignale für den übrigen Seil des Anzeigesystems liefern. Wenn ein positives Impulssignal von dem Impulshöhenselektor 24 durch den Multivibrator 26 aufgenommen wurde, so liefert dieser zwei nahezu rechteckige Ausgangssignalβ . entgegengesetzter Polarität. Eines dieser beiden Ausgangssignale des Multivibrators 26 wird X-, Y- und Z-Achsen-Impulsverlängerungs- und gesteuerten Abfallschaltungen 3o, 32, 34 zugeführt. Das zweite S.ignal von dem Multivibrator 26 wird als ein Eingangs.-

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signal einer Vergleichsschaltung 36 zugeführt.

Der Ausgangsimpuls von dein Impulshöhenselektor 24 wird außerdem einea zweiten monostabilen Multivibrator 28 zugeführt, der ein positiv verlaufendes, im wesentlichen reehteckförmiges Signal an die Abfallschaltungen 3o, 32, 34 liefert. Das Signal, welches von dem Multivibrator 28 geliefert wird, ist wesentlich langer als das von dem Multivibrator 26 gelieferte. Der Verwendungszweck der Signale, die von den Multivibratoren 26, 28 geliefert werden, wird später im einzelnen beschrieben.

Die gesteuerten Abfallschaltungen 3o, 32, 34 können im Aufbau identisch sein. Ihr Zweck ist, Jeweils Signale aufzunehmen und auf diese so einzuwirken, daß der Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre 12 richtig eingestellt wird und im Falle des Z-Achsen-Signals,daS die Helligkeit der Kathodenstrahlröhrenspur angeregt wird, nachdem der Strahl durch die X- und Y-Achsen-Signale richtig eingestellt wurde. Die X, Y- und Z-Achsen-Abfallschaltungen 3o, 32, 34 nehmen jeweils positiv verlaufende Impulssignale von den Verstärkern 18_S 2o, 22 auf. Die Abfallschaltungen 3o, 32, 34 verlängern ihre Eingangsimpulse um eine vorbestimmte zeitliche Dauer und unterwerfen diese Impulse dann einem gesteuerten Abfall. Der Ab-fall aller drei Impulse wird beendet, wenn der Z-Achsen-Impuls auf eine Amplitude abgefallen ist, die direkt unter einem Bezugspegel liegt, der in der Vergleichsschaltung 36 vorgegeben wurde. Wenn dies eintritt, liefert die Vergleichsschaltung 36 an alle drei Abfallschaltungen 3o, 32, 34 Signale, die bewirken, daß die Schaltungen die Amplitude .der abfallenden Impulse, die zu dieser Zeit herrscht, festhält. Die X- und Y-Achsen-Impulse werden also über eine bestimmte

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Zeitperiode bei der Amplitude gestreckt, die sie erreicht haben, wenn der Z-Achsen-Impuls auf einen Bezugspegel abgefallen ist. Während dieser Verlängerungsperiode bewirkt der Z-Achsen-Impuls ein Erregen der Spur auf der Kathodenstrahlröhre, Zu diesem Zeitpunkt wird der Elektronenstrahl mit der Kathodenstrahlröhre in Übereinstimmung mit den Amplituden der X- und Y-Achsen--Signale in seine Lage eingestellt.

Die Ausgangsimpulse der X- und Y-Achsen-Abfallschaltungen 3o, 32 werden den X- und Y-Ablenkungseinrichtungen der Kathodenstrahlröhre 12 in ihrer Gesamtheit zugeführt. Die Kathodenstrahlröhrenspur wird dagegen nur während der Verlängerungsperiode der X- und Y-Achsen-Signale angeregt. Somit nimmt eine Impulsform- und Ysrzögerungsschaltung 38 den Ausgangsimpuls von dem Impulshöhenselektor 24 auf, formt diesen und verzögert ihn, und liefert einen nahezu rechteckwüllenförmigen Impuls an die Helligkeitssteuereinrichtung der Kathodenstrahlröhre 12 während der Zeitperiode, während der sich die X- und Y-Achsen-Lagesignale in ihrer Verlängerungsperiode befinden. Die Ausgang3impulse von dem Selektor 24 können außerdem einem üblichen Impulszähler 39 zugeführt werden, um die gesamte Impulszahl anzuzeigen oder einem Impulsratanzähler (nicht gezeigt), um die Impnlsrate anzuzeigen, In dem Maße, wie das Z-Achsen-Signal (Summensigna!) mit einer seiner Amplitude proportionalen Hate auf einen vorbestimmten konstanten Bezugswert abfällt, bevor die Spur auf der Kathodenstrahlröhre erregt wird, und die X- und Y-Achsen-Signale mit den ihren jeweiligen Amplituden proportionalen Raten abfallen, erscheint ein Fleck auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm genau an derselben Stelle für jede an derselben Stelle von der Kamera 1o nachgewiesene Scintillation, unabhängig von dsm Energiegelialt der einzelnen Szintillaticncn.» Attf diese Weise wird das Hauptziel der Erfindung erreicht. '

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Pig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer der Abfallschaltungen 3o, 32, 34 und der Vergleichsschaltung 36. Da insoweit die Abfallschaltungen 3o, 32, 34 identisch sind, aber nur die Z-Achsen-Abfallschaltung 34 ein Ausgangssignal an die Vergleichsschaltung 36 liefertj wird angenommen, daß in Fig» 2 die Abfallschaltung 34 in Verbindung mit der Vergleichsschaltung 36 dargestellt ist.

Ein wichtiger Teil der in Fig. 2 gezeigten Abfallschaltung ist eine Kapazität 4o, die auf der einen Seite geerdet ist. Auf der anderen Seite der Kapazität 4o ist ein Peakdetektor 42, eine Aufladeschaltung 44, eine Entladeschaltung 46 und eine Aus gangs puff er stufe 48 angeschlossen.

Der Peakdetektor 42 vergleicht die Spannung an der Kapazität 4o mit einem Eingangssignal, das an die Anschlußklemme 5o gelegt wird. Wenn das an die Anschlußklemme 5o gelegte Signal eine geringere Amplitude aufweist als das an der Kapazität 4o erscheinende, so bleibt die Ladung auf der Kapazität 4o unverändert. Wenn das Signal, welches an der Eingangsklemme 5o erscheint, seine Amplitude nach größer als die Spannung an der Kapazität 4o ist, so kann sich die Kapazität 4o auf den Amplitudenwert des Eingangssignales an der Klemme 5o aufladen. Der Peakdetektor 42 enthält vier npn-Transistoren 52, 54, 56, 5B. Die Transistoren 52, 54, sind in Darlington-Schaltweise verbunden, indem der Emitter des Transistors 52 direkt mit der Basis des Transistors 54 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 52 ist mit einer Leitung 6o verbunden, die von einer

positiven üblichen Quelle (nicht gezeigt) mit einer Gleichstrom-Spannung versorgt wird. Der Kollektor des Transistors 54 ist ebenfalls mit der Gleichstrom-Leitung 6o über einen Widerstand 62 verbunden. Der Emitter des Transistors 54 ist mit einer Leitung 64 über einen Widerstand 66 angeschlossen. Die Leitung 64 führt eine negative Gleichstrom-Spannung von einer (nicht gezeigten) üblichen Quelle. 909881/1049'

Die Transistoren |?6, 58 aind ebenfalls in Darlington-Schaltweise miteinander verbunden, wobei ihre beiden Kollektoren mit der positiven Gleichstrom-Leitung 6o verbunden sind. Der Emitter des Transistors 58 ist direkt mit der Basis des Transistors 56 verbunden. Der Emitter des Transistors 56 ist an den Emitter des Transistors 54 und demzufolge mit der negativen Gleichstrom-Leitung 64 über den Widerstand 66 verbunden. Die Basis des Transistors 58 ist auf der nicht geerdeten Seite der Kapazität 4o über den Widerstand 68 und an Erde über zwei Reihen geschaltete Dioden 7o, 72 angeschlossen, die so gepolt sind, daß keine Entladung der Kapazität 4o über β ie nach Erde stattfinden kann.

Die Aufladeschaltung 44 enthält ein Paar von P>np-Transistcren 74, 76, Der Emitter des Transistors 74 ist direkt mit dem Kollektor des Transistors 76 verbunden. Beide aind mit dem Kollektor des Transistors 54 in dem Peakdetektor 42 über ' einen Widerstand 78 verbunden. Die Basis des Transistors ist direkt mit dem Kollektor des Transietors 54 verbunden. Der Kollektor des Transistors 74' ist an die negative Gleichstrom-Leitung 64 über einen Widerstand So angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 74 ist ebenfalls über eine Diode 82 mit der Verbindung der Dioden 7c, 72 in der Weise verbunden, daß Strom durch den Transistor 74, die Dioden 82, 7o und den Widerstand 68 fließen kann, um die Kapazität 4o aufzuladen., Der Emitter des Transistors 76 ist über einen Widerstand an Erde angeschlossen, der parallel zu einer Kapazität 86 liegt. Der Emitter des Transistors 76 ist Über die positive Gleichstrom-Leitung 6o über einen Widerstand 88 angeschlossen. Die Basis des Transistors 76 ist mit der positiven Gleichstrom«- Leitung 6o über einen Widerstand 9o verbunden und auch über

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einen Widerstand 92 an der Anschlußklemme 194 angeschlossen« Die Klemme 194 ist angeschlossen, um ein negativ verlaufendes Torsignal von dem ersten mono3tabilen Multivibrator 26 (Pig.1) aufzunehmen.

Die Transistoren 74,76 dienen dazu, die AUfIBdOpOrIOdO₁ der Kapazität 4o zu steuern. Wenn beide Transistoren 74, 76 leitend sind, lädt sich die Kapazität 4o über einen Weg von der positiven Gleichstroin-Leitung 6o, den Widerstand 88, den Transistor 76, den Transistor 74, die Dioden 82, 7o und den Widerstand 6ö auf. Wenn einer der beiden Transistoren 74, 76 nicht leitend ist, ist der Aufladeweg unterbrochen und die Kapazität 4o kann sioh nicht aufladen.

Die Kapazitätsentladeschaltung 46 enthält zwei npn-Transistoren 94, 96_e Der Kollektor des Transistors 94 ist mit der nicht geerdeten Seite der Kapazität 4o über einen Widerstand 98 verbunden. Der Kollektor des Transistors 96 ist direkt an die ungeerdete Seite der Kapazität 4o angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors ist mit der negativen Gleichstrom-Leitung 64 über einen lastwiderstand 1oo verbunden. Die Basis des Transistors 94 ist über einen Widerstand 1o2 mit einer Ausgangsleitung 1o4 von der Vergleichsschaltung 36 verbunden. Die leitung 1o4 ist ebenfalls mit einer Ausgangsklemme 1o5 verbunden, von welcher Signale an die X- und Y-Achsen-Abfallschaltungen 3o, 32 geliefert werden«, Die Basis des Transistors 96 ist mit der negativen Gleichstrom-Leitung 64 über einen Widerstand 1o6 parallel zu einer Diode 1o8 angeschlossen. Die Basis des Transistors 96 ist ebenfalls über einen Widerstand 11o mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 111 verbunden, dessen Funktion später beschrieben wird. Der Transistor 94 soll einen gesteuerten esponentiellen

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Abfall der ladung an der Kapazität 4o bewirken können. Der Transistor 96 soll die Kapazität 4o schnell und vollständig ; entladen können.

Die Pufferausgangsstufe 48 enthält einen npn-Transistor :12 und einen pnp-Transistor 114. Der Kollektor des Transistors 112 ist direkt mit der Basis des Transistors 114 verbunden* Beide sind an die positive Gleichstrom-Leitung 6o über einen V/iderstand 116 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 114 ist direkt mit der positiven Gleichstrom-Leitung 6o verbunden. Der Emitter des Transistors 112 ist mit der negativen Gleichstrom-Leitung 64 über einen Widerstand 118 verbunden und auch an die Kathode einer Diode 12o angeschlossen, deren Anode mit dem Kollektor des Transistors 114 verbunden ist« Ein Ausgangspotentiometer 122 ist über die Diode 12o geschaltet. Der bewegliche Arm des Potentiometers 122 ist mit einer Ausgangsklemme 124 und einer Eingangsleitung 126 zu der Vergleichschaltung 36 verbunden. Im Falle der X- und Y-Achsen-Abfallschaltungen 3o, sind die jeweiligen Ausgangsklemmen 124 an die X- und Y-Achsen-Ablenkungseinrichtungen der Kathodenstrahlröhre 12 (gezeigt in S¹Ig · Ό gelegt. Im Falle der Z-Achsen-Abfall-Schaltung 34 bleibt die Ausgangsklemme 124 frei.

Ss wurde oben bereits erwähnt, daß die Basis des Transistors über einen Widerstand 11o mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist. Der Transistor 111 dient dazu, den Transistor am Ende einer Meßperiode anzuschalten, damit die Kapazität 4o schnell auf Erdpoliential entladen wird. Der Emitter des Transistors 111 ist geerdet sowie seine Basis über einen Widerstand 128 an eine Eingangsklemme 13o angeschlossen. Die Klemme 13o ist angeschlossen, unreinen positiv verlaufenden Impuls von dem zwei lan monostabilen Multivibrator 28 aufzunehmen, dessen Ende

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eine Meßperiode abschließt. Die Basis des Transistors 111 ist ebenfalls mit der negativen Gleichstrom-Leitung 64 über einen Widerstand 132 verbunden. Die Vergleichsschaltung 36 enthält im wesentlichen npn-Transistor 134 und einen Spannungsvergleicher 136. Die Bais des Transistors 134 ist über einen Widerstand an eine Eingangsklemme 14o angeschlossen, die ein positiv verlaufendes Torsignal von dem ersten monostabilen Multivibrator 26 aufnimmt. Dieses Signal ist das umgekehrte, von dem, welches an die Klemme 94 und damit an die Basis des Transistors 76 in der Aufladeschaltung 44 angelegt wird. Der Emitter des Transistors 134 ist geerdet. Der Kollektor ist direkt mit der Ausgangsleitung 1o4 verbunden, Die Ausgangsleitung 1o4 ist ebenfalls über einen Widerstand 142 mit dem Ausgang der Vergleichseinrichtung 136 verbunden.

Die Vergleichseinrichtung 136 vergleicht in üblicher Weise die Amplitude eines Eingans signals auf der Leitung 126 mit einem Bezugssignal, welches von einem Spannungsteiler 144 abgenommen wird. Der Spannungsteiler 144 enthält einen festen Widerstand 146 und ein Potentiometer 148, die in Reihe zwischen Erde und einer positiven Gleichstpom-Spannungsquelle (nicht gezeigt) geschaltet sind. Der bewegliche Arm des Potentiometers 148 ist über einen Widerstand 15o mit einem Eingang der Vergleichseinrichtung 136 verbunden. Die Vergleiohseinrichtung 136 dient dazu, ein hohes Ausgangssignal zu liefern, wenn ein lösiitives Einganssignal auf der Eingansleitung 126 eine Amplitude besitzt, die größer als die Amplitude des Bezugssignals ist, das von dem Spannungsteiler 144 erhalten wird. Die Vergleichseinrichtung 136 liefert ein niedriges Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal auf der Leitung 126 auf eine Amplitude gefallen ist, die gerade unter der des Bezugssignals liegt. Dieses niedrige Signal auf der Ausgangsleitung 1o4 dient dazu, den Transistor

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in" der Entladeschaltung 96 abzuschalten und den an der Klemme 124 anliegenden Ausgangs impuls zu verlängern, bis die Amplitudenmessungen beendet sind und der Transistor 96 leitet.

Betrachtet man nun die Punktionsweise der in Fig.' 2 gezeigten Schaltung, so sei zunächst angenommen, daß die Kapazität 4o gegen Erde vollständig entladen ist. Solange kein Signal an der Eingangskiemme 5o von den Z-Achsen-Verstärker 22 und kein Potential an der Basis des Transistors 58 entsprechend einer Ladung auf der Kapazität 4o vorliegt, so leiten die Transistoren' 52, 54 nicht, während die Transistoren 56, 58 leiten. Da der Transistor 54 nicht leitend ist, ist das Potential an seinem Kollektor, welches auf die Basis des Ladetransistors 74 übertragen wird, hoch. Auf diese Weise ist der Transistor 74 nicht leitend. Gleichzeitig ist das von dem ersten Multivibrator 26 auf die Basis des Ladetransistors 76 geführte Signal hoch und somit der Transistor 76 nicht leitend. Das Signal, welches auf den Transistor 154 von dem ersten Multivibrator 26 geliefert wird, ist niedrig. Somit ist dieser Transistor ebenfalls nicht leitend. Der Ausgang der Vergleichseinrichtung 156 liegt zu dieser Zeit hpch, wodurch der Transistor 94 leitend gehalten wird. Auf ähnliche Weise nimmt der Transistor 111 ein niedriges Signal an seiner Basis-ron dem zweiten Multivibrator 28 auf. Dieser Transistor leitet demzufolge. Hierdurch wird der Transistor 96 leitend gemacht und hält die Kapazität 4o auf Erdpotential entladen. Zu dieser Zeit sind die beiden Ausgangstransistoren 112, 114 beide leitend. Es soll jedoch erwähnt werden, daß der Transistor 114 zwischen das positive und das negative Gleichstrom-Potential geschaltet ist, so daß der bewegliche Arm des Potentiometers 122 am "besten so eingestellt werden kann, daß Null-Ausgangsr signale zu der Klemme 124 geliefert werden.

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Aus Fig. 1 läßt sich erkennen, daß bei Aufnahme eines Signals durch den Impulshöhenselektor 24 von einer Amplitude, die ausreicht, daß das Signal durch den Impulshöhenselektor hindurchgeht, das Ausgangssignal mehrere Vorgänge gleichzeitig auslöst." Zunächst "betätigt das Signal von dem Impulshöhenselektor 24 die beiden monoatabilen MuItivibratoren 26, 28. Der Multivibrator 26 liefert ein negativ verlaufendes Signal an die Abfallschaltungen 3o, 32y 34 und ein positiv verlaufendes Signal an die Vergleichsschaltung 36, Gleichseitig liefert der zweite Multivibrator 28 ein positiv verlaufendes Signal an die Abfallschaltungen 3g, 32, 34« natürlich werden die positiv verlaufenden X-Achsen-Koordinatensignale an die X-Achsen-Abfallsehaltung 3o von dem X-Achsen-Verstärker 18 und analog dazu die Y-Achsen-Koordinatensignale an di® Y-Aehses-JJbfanschaltung 32 von dem Y-Achsen-Verstärker 2o geliefert« Ma Summen- oder Z-Achsen-Signal wird an die Z-Aohsen- Abfallschaltung 34 von dem Z-Achsen-Verstärker 22 geliefert und das Ausgangssignal des Selektors 24 wird der Impulsformer- und Versögerungsschaltung 38 und dem Zähler 39 zugeführt.

Das positiv verlaufende Signal, das an die Eingangsklemme 5o (Fig. 2) von dem Z-Aohsendverstärker 22 gelegt wird, bewirkt, daß die Basis des Transistors 52 auf einem positiveren Potential als die Basis des Transistors 58 liegt* Hierdurch werden die Transistoren 52 ₉ 54 leitend, was das Eollektorpotential des Transistors 54 sea&t« Dieser lotentiftl&bfall wird auf die Basis des Transistors 74 in ä&T Auflad«SQ3aaltung 44 übertragen, und macht ä^iL Transistor 74 leits&dY &leiQi£ss®ttig bewirkt das negativ verlaufende Signal, w@lßhes suf ii# lingangsklemme 94 von dem Multivibrator- 96. gegebeA »is#₅" «laS die Basis des _Sraiisistors 76 negativ In Beaug. auf ©eines;" Ifeittes? «lrS,--tmd daß- d#r Sranaistoa?

ORIGINAL INSPECTED

SO9-8-0t/t-Ö^:49·'- .. ■ ■

gleichfalls leitend wird. Somit wird der Äufladeweg für die Kapazität 4o von der positiven (rleichstromspanimngs-Leiirung 60 . über den Widerstand 88, die transistoren 76, 74* die Dioden 82, 7o und den Widerstand 68 gebildet. Die Kapazität 4o lädt sich so lange auf, wie das Eingangssignal an der Basis des Transistors 52 seiner Amplitude nach größer als die Ladung auf der Kapazität 4o ist. Wenn die Amplitude des Eingangssignals an der Eingangsklemme 5o abzunehmen beginnt, so wird das Potential an der Basis des Tmnsistors 58 größer als das an der Basis des Transistors 52. Die Transistoren 52, 54 werden nicht leitend· Dies hebt das Potential an der Basis des Aufladetransistors 74 an und macht den Transistor nicht leitend. Somit wird der Aiifladeweg der Kapazität 4ο unterbrochen und die Kapazität 4© hält jede Ladung, die sie zu diesem Zeitpunkt erreicht hat* Der Peakdetektor 42 erlaubt daher der Kapazität 4o, sich auf ein Potential aufzuladen« das annähernd gleich der Amplitude des Eingangsimpulses an der Klemme 5o ist, und bewirkt dann, daß diese Ladung gehalten wird.

Damit eine Ladung von der Kapazität 4o gehalten werden kann, ist es notwendig, daß beide Entladetransistoren 94, 96 nicht leitend sind. Dies wird für den Transistor 94 durch ein positiv verlaufendes Signal erreicht, daß an der Basis des Transistors 134 in der Vergleichsschaltung 36 liegt. Dieses Signal macht den Transistor 134 leitend, wodurch die Basis des Entladetransistors 94 negativ wird und diesen Transistor abschaltet. Gleichzeitig wird ein positiv verlaufendes Signal auf die Klemme 13o von dem zweiten monostabilen Multivibrator 28 gelegt, welches den Transistor 111 nicht leitend »acht« Hierdurch nimmt das Potential an der Basis des Entladetransistors 96 ab 12nd dieser Transistor wird nicht leitend. Soeit liegtTmin Entladeweg für die Ladung auf der Kapazität 4o vor, bis der eine oder der andere der

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Transistoren 94, 96 wieder leitend wird.

Die positive Ladung an der Kapazität 4o wird auf die Basis des Transistors 112 in der Ausgangsstufe 48 übertragen. Hierdurch wird bewirkt, daß der Transistor 112 schwerer leitet, was wiederum die Leitfähigkeit des Transistors 114 erhöht^ und ein positives Ausgangssignal an der Klemme 124 und auf der Leitung 126 liefert.

Fig. 3 stellt ein Signal 16o dar, welches an der Ausgangsklemme 124 auf ein Eingangsimpulssignal 162 geliefert wird, welches an der Klemme 5o von dem Z-Achsen-Yerstärker 22 aus anliegt. Man sieht, daß während der anfänjjchen Zeitperiode t^ bis tg, die Transistoren 52, ϊ>4, 74, 76 alle angeschaltet sind, während die Transistoren 94, 96 sperren. Somit liegt ein Aufladeweg für die Kapazität 4o vor, hingegen kein Entladeweg.

Nachdem die Ladung durch die Kapazität 4o für eine vorbestimmte Zeitspanne gehalten wurde, die durch die Periode des ersten Multivibrators 26 bestimmt ist, wechseln die Steuersignale von diesem Multivibrator ihre- Polarität. Sie Periode des monostabilen Multivibrators 26 ist durch die längste voraussichtliche Anstiegszeit der Eingangsimpulse zu den Abfallschaltungen von den X-, Y- und Z-Achsen-Verstärkern 18, 2ο ,22 gegeben, natürlich kann diese für verschiedene Anwendungen eingeregelt werden.

Zu einer Zeit t^ wird das Signal, welches von dem Multivibrator 26 an den Transistor 124 geliefert wird, niedrig. Hierdurch wird dieser Transistor nicht leitend. Zur gleichen Zeit ist der Ausgang der Vergleichseinrichtung 126 hoch, wodurch eier Entladetransistor 94 leitend wird. Dadurch wird ein gesteuerter exponentielier Abfall der auf der Kapazität 4o befindlichen Ladung ein-

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geleitet. Die Zeitkonstante der Abfallschaltung ist natürlich durch den Wert der Kapazität 4o und des Widerstandes 98 in dem Entladeweg bestimmt. Der exponentielle Abfall der Ladung auf der Kapazität 4o wird über die Ausgangsstufe 48 auf die Ausgangsklemme 124 übertragen, was durch den Abfall in der Wellenform 16o (Fig. 3) zwischen den Zeitpunkten t, und t, angedeutet wird.

Die Zeitkonstanten aller drei Abfallschaltungen für die X-, Y- und Z-Achsen-Schaltungen können auf einfache Weise nahezu gleich gemacht werden, indem man die Kapazitäten und Widerstände entsprechend auswählt. Dieses sind inaktive Bauteile, deren Charakteristiken relativ unempfindlich gegen Ümgebungsänderungen sind. .

Wenn das Ausgangsignal an der Klemme 124 und auf der Leitung auf eine Amplitude abgefallen ist,die direkt unter der Amplitude des an die Vergleichseinrichtung 136 von dem Spannungsteil Ί44 gelegten Signals liegt, wechselt der Ausgang der Vergleichsschaltung 136 von hoch nach niedrig. Hierduch fällt das Potential an der Basis des Entladetransistors 94 ab und beendet die Entladung der Kapazität 4O über diesen Transistor. Dies findet zum Zeitpunkt t^,wie in Fig. 3 gezeigt, statt. Das Ausgangssignal 16o behält den Amplitudenwert bei, den es einnahm, als die Leitung über den Transistor 94 unterbrochen wurde. Dies ist zwischen den Zeiten t. und te in Fig. 3 gezeigt.

Die Zeitdauer zwischen t₁ und te ist durch die Periode des zweiten Multivibrators 28 bestimmt. Diese Zeitspanne kann für verschiedene Anwendungen variiert werden, wird jedoch natürlich so eingestellt, da£ '. eine hinreichende Zeit zwischen den Punkten t^ und te geschaffen wird, damit das Z-Achsen-Signal von dem Impulshöhenselektor 24 durch die Impulsform- · und Verzögerungsschaltung 38 passieren und die Spur auf der Kathoden-

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strahlröhre 12 zu einer bestimmten Zeit in der Periode zwischen t. und te anregen kann. Zu dieser Zeit sind die X- und Y-Aehsen-Slgnale abgefallen, haben jedoch genau diegleichen Amplitudenverhältnisse in Bezug auf das Z-Achsen-Signal wie die ursprünglichen X- und Y-Achsen-Signale zu dem ursprünglichen Z-Achsen-Signal. Auf diese Weise werden statistische Schwankungen in den Signalen völlig ausgeschaltet und beeinflussen nicht die Lage des angeregten Fleckes auf der Kathodenstrahlröhre.

Zum Zeitpunkt t,- wechselt das Ausgangs signal des zweiten monostabilen Multivibrators 28 von hoch nach niedrig. Dieses Signal wird zu der Bemme 13o und daraufhin an die Basis des Transistors 111 angelegt, und macht diesen Transistor 111 leitend. Dies wiederum hebt das Potential an der Basis des Transistors 26 über den Wert der negativen Sleichstrom-Leitung 64 und macht diesen Transistor leitend. Hierdurch wird eine schnelle Entladung der Kapazität 4o auf Brdpotential möglich. Die Kapazität 4o bleibt in diesem Zustand, bis der nächste Eingangsirapuls an der Klemme 5o von dem Z-Aehsen-Verstärker 22 aufgenommen wird.

Is wird nochmals erwähnt, daß die Abfallschaltungen 3o, 32, 34 identisch sind, in Fig. 2, jedoch die Schaltung 34 dargestellt ist, weil nur das Z-Achsen-Signal benutzt wird, um die Vergleichsschaltung 36 zu betätigen. Die Vergleichsschaltung 36 sorgt für das gleiche Ausgangssignal für alle drei Transistoren 94 in den drei Abfallschaltungen 3o, 32, 34, so daß die Ladungen an allen drei Kapazitäten 4o in den drei Abfallschaltungen zur gleichen Zeit für Meßzwecke konstant gehalten werden.

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Es wurde often bereits erwähnt, daß die Schaltrang so verändert werden kann, daß sie sowohl positive als auch negative Lagekoordinatensignale aufnehmen, als auch von solchen betätigt werden kann. In manchen Fällen wird hierdurch eine bessere lineare Kathodenstrahlröhrenanzeige erreicht, als hei alleiniger Verwendung von positiven Signalen. Dies idirde die Benutzung von fünf gesteuerten Abfall schaltungen der erwähnten Art zur Folge haben. Außer drei Abfallschaltungen der in Fig. 2 gezeigten Art für positive X-, Y- und Z-Achsen-Signale «erden zwei veränderte Schaltungen für negative X- und Y-Achsen-Signale erforderlich. Diese beiden letzteren Schaltungen wurden der in Fig. 2 gezeigten ähnlich sein, Polaritäten gewisser Bauelemente müßten jedoch umgekehrt werden. Die Schaltung zur Aufladung der Kapazität 4o würde z.B. so geändert, daß der Strom von Erde durch die Kapazität 4o, den Widerstand 68, die Dioden ?©, 82 und zwei fraasistoren entsprechend den !Dransistoren 74, 76 au einer Quelle negative! Potentials fließen würde. Biese und ähnliche notwendige Veränderungen erscheinen offensichtlich und dim® weiteres für den Fachmann verständlich.

Da hier nur eine spezielle Ansführungsforsi der Erfindung gezeigt wurde, sind für den Fachmann auch noch weitere Abänderungsraöglichkeiten gegeben, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird.

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Claims

Patentansprüche:

1J Szintillationsdetektor mit Mitteln zur Lieferung von X- und Y-Achsen-Impulssignalen, die, in einem rechtwinkligen Koordinatensystem, die Lage einer in einem Szintillator auftretenden. Szintillation anzeigen, und eines Summenimpulssignals, welches den Energieinhalt der Szintillation anzeigt, und mit einer Anzeigeeeinrichtung, welche auf die X- und Y-Achsen-Signale und das Summen-Signal hin eine sichtbare Anzeige der Lage der Szintillation in dem Koordinatensystem gibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsverlängerungs- und gesteuerte Abfallschaltung (3o_# 32, 34) die X-, Y-Achsen- und Summen-Impulssignale aufnimmt, um diese Signale Abfällen bei gleichen Raten zu unterwerfen, bis das Sunmensignal auf einen vorbestimmten Bezugswert abgefallen ist, und um die X- und Y-Achsen-Signale auf ihren jeweiligen Werten zu halten, auf welche sie abgefallen sind, während das Summensignal auf den Bezugswert abfiel,und daß eine Schaltung X-, Y-Achsen- und Summen-Signale an die Anzeigeeinrichtung liefert _f um eine sichtbare Anzeige an einer Stelle zu erhalten, die durch die Werte bestimm^, sind, auf welche die X- und Y-Achsen-Signale abgefallen sind.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsverlängerungs- und Abfallschaltung (3o, 32, 34) Peakdetektoren (42) enthält, um die X-, Y-Achsen- und Summen-Impulssignale auf ihren jeweiligen Peakamplituden für eine erste vorbestimmte Zeitperiode nach dem Beginn der Signale vor ihrem Abfall zu halten.

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3'. Detektor nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfälle exponentiell und für alle drei Signale mit annähernd identischer Zeitkonstante erfolgen.
4. Detektor nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulshöhenselektor (24) die Impulsverlängerungs- und gesteuerte Abfallschaltung (3o, 32, 34) nur dann betätigt, wenn das Summen-Signal innerhalb eines vorbestimmten Amplitüdenbereiches liegt.
5. Detektor nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerungsschaltung (3o) das Summen-Signal an die Anzeigeeinrichtung (12) liefert, nachdem das Summen-Signal auf den Bezugswert abgefallen ist.
6. Detektor nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Abfalls chal tung (3o, 32, 34) eine Kap'azitat (4o) enthält.
7. Detektor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung (46) zur schnellen 33ntladung der Kapazität (4o) nach einer zweiten vorbestimmten Zeitperiode nach dem Beginn der Signale.

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