DE1963980C3 - Verfahren und Einrichtung zur elektrofotografischen Aufnahme von Durchleuchtungsbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur elektrofotografischen Aufnahme von Durchleuchtungsbildern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es bereits z. B. bekannt ist aus der DE-AS 19 06 329.

Bei dem bekannten Verfahren wird ein Ladungsbild auf einer isolierenden Oberfläche unter Verwendung eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, das eine Elektrodenschicht, eine fotoleitfähige Schicht, in der eine persistente innere Polarisation herstellbar ist, und eine auf der fotoleitfähigen Schicht angeordnete isolierende Deckschicht aufweist, bei dem dem Auf-Zeichnungsmaterial unter gleichförmiger Aufladung der isolierenden Deckschicht mit einer ersten Polarität ein erstes elektrisches Feld einer ersten Richtung und anschließend unter gleichzeitiger bildmäßiger Belichtung der fotoleitfähigen Schicht ein zweites elektrisches Feld mit entgegengesetzter Richtung aufgeprägt wird. Dabei ist es notwendig, daß ein Aufzeichnungsmaterial verwendet wird, das eine mindestens durch die fotoleitfähige Schicht von der Deckschicht getrennte an sich bekannte Fluoreszenzschicht aufweist, daß, während das erste elektrische Feld aufgeprägt ist, die fotoleitfähige Schicht durch die isolierende Deckschicht mit sichtbarem Licht totalbelichtet wird und die bildmäßige Belichtung mit Röntgenstrahlen von der der Deckschicht abgewendeten Seite her erfolgt und daß die isolierende Deckschicht durch das erste elektrische Feld bei Verwendung einer p- und n-leitenden fotoleitfähigen Schicht positiv bzw. negativ aufgeladen wird. Bei diesem Verfahren wird das Ladungsbild an der Oberfläche der isolierenden Deckschicht gebildet und gespeichert, so daß die fotoleitfähige Schicht selbst nur einen so hohen Dunkelwiderstand haben muß, daß die beim ersten Schritt erzeugte persistente innere Polarisationsladung während der Zeit, in der das zweite Feld angelegt ist, erhalten bleibt. Im Gegensatz zu früheren elektrofotografischen Verfahren wurde es dadurch möglich, Materialien mit geringem Dunkelwiderstand und damit hoher Helleitfähigkeit zu verwenden. Trotzdem muß aber eine große Anzahl komplizierter Verfahrensschritte und Bauteile miteinander Kombiniert werden, um das bekannte Verfahren durchzuführen.

Nach dem vorbekannten Verfahren sind überdies auf Dauer keine vergleichbaren Bilder erhaltbar, weil die Spannung der Aufladung der Isolierschicht vom Erlöschen der Koronaentladung abhängen würde. Dies ist aber keine einheitliche und auf Dauer festliegende Größe. Eine Veränderung der Abstände und der Oberflächenstruktur, wie sie etwa schon durch Gebrauch und Alterung der Einrichtung eintritt, gibt Anlaß zu unkontrollierbaren Veränderungen. Es bilden sich Stellen heraus, an denen die Entladung länger brennt als an anderen. Außerdem verändert sich das Material ohnehin noch während der Gebrauchsdauer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Verfahren und Einrichtungen zur elektrofotografischen Aufnahme von Durchleuchtungsbildern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine einfache und sicher reproduzierbare Durchführung des Verfahrens sowie einen günstigen Aufbau der Einrichtung zu

erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung eines Steuergitters, das an einem bestimmten Potential liegt,

wird erreicht, daß man zu reproduzierbarer Aufladung kommt, ohne daß es einer Umladung oder Umdrehung der Aufnahmeschichtung bedarf. Man kommt auch ohne Totalbelichtung und durchsichtige Elektrode aus, sowie

ohne Fluoreszenzschicht und ohne Fotoleiter hoher Polarisationspersistenz. Weil man ohne Totalbelichtung auskommt, kann auch ein röntgenempfindlicher Halbleiter benutzt werden., der nicht lichtempfindlich ist und für den keine Leuchtschicht nötig ist Durch Vermeidung der Fluoreszenzschicht wird dann aber -nie bei den bekannten Anordnungen zur Aufnahme von Röntgenbildern mit Fotofilm eine Erhöhung der Auflösung erreicht.

Das Bild entsteht nach der Erfindung, indem bei der Aufladung der freien Seite der Isolierschicht und Bestrahlung der Schichtung mit dem abzubildenden Durchleuchtungsbild an der anderen Seite, die am Fotoleiter liegt, ein Ladungsbild entsprechend dem eingestrahlten Bild aufgebaut wird. Nach Beendigung des Aufnahmevorgangs wird das Ladungsbild von der Grenzfläche auf die freie Oberfläche der Isolierschicht übertragen. Dies erfolgt dadurch, daß die Ladung von der Oberfläche an den Stellen in dem Umfang abgegeben wird, in dem sie nicht durch gegenüberstehende Gegenladung festgehalten wird. An der Grenzfläche ergibt sich dabei ein Ladungsausgleich.

Die am Gitter der Anordnung angelegte Spannung wird so gewählt, daß sie einerseits ausreicht, um einwandfreien Transport von Ladungen im Halbleiter zu garantieren. Andererseits darf der maximal für sie einsetzbare Wert nicht denjenigen erreichen oder übersteigen, der einen Durchschlag hervorrufen kann. In dem in der Fig. 1 dargestellten Beispiel Ii-.-gt die Steuerspannung zwischen 0,5 und 1,5 kV. Unter den dort gegebenen Bedingungen liegt die Durchbruchsfeldstärke bei 1,5 kV. Die untere Grenze liegt bei 0,5 kV. Pie Wirkung der Steuerspannung ist einfach abzusehen; sie begrenzt die Aufladung der freien Oberfläche der Isolierschicht auf die am Gitter angelegte Spannung, so 3s daß das Aufnahmematerial immer die gleiche Ladungsbelegung erhält; dadurch wird die Bilderzeugung reproduzierbar.

Wie bei dem Verfahren braucht der Halbleiter über die Belichtungszeit hinaus im Gegensatz zum Xeroxverfahren nicht speicherfähig zu sein. Nach der Erfindung führt vielmehr eine Nachbelichtung des Halbleiters, die mittels Strahlung längerer Wellenlänge entsprechend der optischen Absorptionsbande vorgenommen werden kann, zu einer Bildverbesserung (höherer Kontrast-, größerer Objektumfang), da hierbei die bei der oben beschriebenen Entstehung des Ladungsbildes abzubauenden Restladungen im Halbleiter verschwinden, die sich der Oberflächenladung der Isolierschicht ungünstig überlagern.

Als Halbleiter ist für die erfindungsgemäße Lösung etwa Quecksilberjodid (Hgh), welches einen spez. Widerstand von einigen 10^l2ficm erreicht, geeignet. Auch Bleioxid (PbO) und Cadmiumselenid (CdSe) sind z. B. brauchbar. Die zugehörige Isolatorschicht kann aus einem Kunststoff, wie etwa Siliconharz, bestehen.

Das Verhältnis der Schichtdicken von Isolator (dj) und Halbleiter (du) sowie deren Dielektrizitätskonstante (ε», ε/) beeinflussen die Bildqualität, desgleichen der Widerstand der Gasstrecke (Rk)- Hierfür gilt, daß das Verhältnis ε/ ■ (J_nZe_n ■ dj größer zwei und kleiner fünf und daß RkIRd & 0,1 (R_D = Dunkelwiderstand des Halbleiters) sein sollten. Die Halbleitereigenschaften (HE), definiert durch den Ausdruck μ · τ ■ μ*/ε_η (μ = Beweglichkeit der Ladungsträger und r = deren Lebensdauer μ* = Massenschwächungskoeffizient für Röntgenstrahlung), beträgt bei einer Patientendosis von I mR und einer Aufladung der Isolatoroberfläche auf 10-" As/cm² etwa 10~⁵ cm/V (Xerox) bzw. 10-" cm/V (erfindungsgemäßes Verfahren), was einer Ladungsträgerausbeute von 3000 Elektronen/Quant (EI/Qu.) beim Xeroxverfahren und 6000 EI/Qu. beim erfindungsgemäßen Verfahren entspricht Die Forderung an die HE ist demnach beim erfindungügemäßen Verfahren doppelt so hoch wie beim Xeroxverfahren. Es existieren jedoch Halbleiter, die bei 10¹² Ω cm Dunkelwiderstand die erforderliche HE von 10-⁴cm/V erfüllen (HgJ₂, CdSe, CsJ, CdS) andererseits fehlen Halbleiter für das Xeroxverfahren, die bei 10^Ι5Ωαη die HE 10"⁵cm/V besitzen (z.B. Se mit HF £ 10-⁶cm/V).

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt somit hinsichtlich der Gesamtforderung an die Halbleiterschichten dem Xeroxverfahren zumindest gleich. Die größere Speicherfähigkeit und die Möglichkeit, auch Halbleiter verwenden zu können, deren spezifischer Dunkelwiderstand um drei Zehnerpotenzen geringer ist als bei denjenigen Halbleitern, die beim Xeroxverfahren verwendet werden müssen, stellt einen großen Vorteil der Erfindung dar.

Zum Unterschied von dem genannten Verfahren, bei dem die Ladungen eine Gasverstärkung mit einer der Strahlung proportionalen Entladung auf die Bildschicht gesammelt werden, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren im Sättigungsgebiet der Gasentladung gearbeitet Dadurch lassen sich hohe Genauigkeitsforderungen an den Aufbau, wie sie im Proportionalbereich der Gasverstärkung eingehalten werden müssen, vermeiden. Die erforderliche Gleichmäßigkeit der Aufladung der Isolierschicht wird ohne besondere Vorkehrungen an der Gasstrecke erzielt, weil die Stromdichte von der Feldstärke unabhängig ist. Auch in diesem Punkt ist das neue Verfahren somit vorteilhafter.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgehandelt.

Das allseitig geschlossene Gehäuse 1 besitzt einen mit einem Hahn verschließbaren Anschlußstutzen 2 zur Zuführung des ionisierbaren Gases, welches das Gehäuse 1 durchspült und bei dem Stutzen 3 wieder austritt. Die obere große Fläche des Gehäuses 1 ist mit einer 1 mm starken Aluminiumplatte 4 als erster Elektrode strahlendurchlässig abgedeckt. Dem Gehäuseinneren zugewandt befindet sich an dieser Platte 4 die Halbleiterschicht 5, die aus Cäsiumjodid besteht und etwa 120 μ stark ist. Im definierten Abstand, d. h. 4 mm von der Isolatorschicht 6 entfernt befindet sich im Innern des Gehäuses 1 ein Gitter aus 0,1 mm starkem Nickeldraht als zweite Elektrode 7 mit einer lichten Maschenweite von 1 mm und in weiterem Abstand von 15 mm liegt als zusätzliche Elektrode 8 noch ein Gitter aus dem gleichen Material zur Erzeugung der erforderlichen Koronaentladung. Die Maschen des Gitters 8 haben eine Weite von 4 mm. Die Drähte des Gitters 7 kreuzen diejenigen des Gitters 8 unter einem Winkel von 45°.

Die Elektrode 7 ist mit dem positiven Pol der 0,5 bis 1,5 kV liefernden Gleichstromquelle 9 verbunden, deren negativer Pol an der Aluminiumplatte 4 liegt, die über die Leitung U geerdet ist. Die weitere Gleichstromquelle 10, die 5 bis 8 kV liefert, liegt mit ihrem positiven Pol der Elektrode 8 und mit ihrem negativen Pol ebenfalls an dei Aluminiumplatte 4. Die Elektrode 8 ist außerdem mit dem den Boden des Gehäuses 1 als leitenden Belag 8' abdeckenden I mr.i starken Aluminiumblech verbunden, welches vom Gitter der Elektrode 8 einen Abstand

von 3 mm hat.

Die Abbildung des Objektes im dargestellten Fall der Bleistückchen 12 erfolgt durch Bestrahlung mittels der Röntgenröhre 13, die in bekannter Weise betrieben wird. Dabei wird einerseits in der Halbleiterschicht 5 die Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Strahleneinwirkung verändert, derart, daß sie an den Stellen, an denen die Blcistücke 12 abschatten, geringer sind als an den übrigen bestrahlen Stellen. Andererseits wird durch die angelegten Spannungen an den Elektroden 7 und 8 eine ionisierung des durch den Stutzen 2 eingeführten Gases erzeugt, die unabhängig von der Strahleneinwirkung ist. Als Gas ist im dargestellten Beispiel Kohlendioxyd eingefüllt. Es sind aber auch andere bekannte selbstlöschende Gasgemische verwendbar.

Die positiven und negativen ionisierten Teilchen, geführt durch das angelegte elektrische Feld, ergeben auf der Isolatorschicht 6 aufgrund der strahlenabhängigen Leitfähigkeit des Halbleiters ein Ladungsmuster. Dies ist durch die Verteilung der +-Zeichen an der Schicht 6 symbolisiert.

Das Ladungsbild kann in der bei der Xerografie üblichen Weise etwa durch Bestäuben mit einem durch Erhitzen fixierbaren Farbpulver sichtbar gemacht werden. Das Pulverbild kann dann z. B. mittels einer durchsichtigen Klebefolie abgelöst werden.

In A b b. 2 sind die speziell für die Röntgenstrahlung berechneten Aufladekurven dargestellt. Aufgetragen ist die relative Oberflächenladung in Abhängigkeit von der eingestrahlten Dosis in der Einheit mR. Als Parameter fungieren das Kapazitätsverhältnis C/Ch — 2 und die Zeitkonstante R_K ■ C_H = 0,1. Das Verhältnis RkIRl wurde 0,01 gesetzt. Mit diesen Größen arbeitet das Verfahren nahezu optimal. Die zu den einzelnen Kurven gehörenden Wertpaare stellen dar die HE in μ · τ · μ*/ε und die hierzu in Beziehung stehende Elektronenausbeute/Quant (EUQu). Die genannte Forderung nach 1 mR Dosisleistung für die Patientenaufnahme bedingt hiernach, wie schon erwähnt, eine HE = ΙΟ-⁴ cm/V und eine Elektronenausbeute vor 6000 EUQu. Da maximal etwa 10 000 EUQu bei 50 ke\ Röntgenstrahlung (ICRU-Strahlung) erwartet werder dürfen, ist die Anwendung des Verfahrens in dei Röntgendiagnostik auch aus physikalischer Sicht mög lieh.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrofotografischen Aufnahme von Durchleuchtungsbildern, insbesondere Röntgenbiidern, auf einer isolierenden Oberfläche unter Verwendung eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, das eine Elektrodenschicht, eine fotoleitfähige Schicht und eine auf der fotoleitfähigen Schicht angeordnete isolierende Deckschicht aufweist, bei dem unter gleichzeitiger bildmäßiger Belichtung der fotoleitfähigen Schicht ein elektrisches Feld aufgeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld aufgeprägt wird, indem die freie Oberfläche der Isolierschicht während der Einstrahlung des Durchleuchtungsbildes mittels einer im Sättigungsgebiet arbeitenden Gasentladung auf ein Potential aufgeladen wird, das an ein vor der Isolierschicht angeordnetes Gitter angelegt ist.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht aus Cäsiumjodid (CsJ) besteht und 120μπι dick ist, daß der Oberfläche der aus Siliconharz bestehenden 25 μπι dicken Isolierschicht des elektrofotografischen Aufnahmematerials in einigen Millimetern, insbesondere 4 mm. Abstand das Gitter vorgeschaltet ist, daß in einem weiteren Abstand von 10 bis 20, insbesondere 15 mm, die Elektrode zur Erzeugung der Entladung, die im Sättigungsgebiet betrieben wird, folgt und daß in Abstand auf diese und parallel zu ihr in 3 mm Abstand eine weitere Elektrode folgt, die elektrisch mit der vorhergehenden verbunden ist, und daß zwischen der ersten Elektrodenschicht, die geerdet ist, und der Gitterelektrode eine Spannung von 0,5 bis 1,5 kV liegt, während die Elektrode zur Erzeugung der Entladung an einer Spannung von 5 bis 8 kV liegt und der Entladungsraum mit Kohlendioxid von 1 Atmosphäre Druck gefüllt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die zweite Elektrode (7) aus einem leitenden Gitter besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Isolator- und Halbleiterschichtkapazität größer als 2 und kleiner als 5 ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Widerstandes der ionisierten Gasstrecke zum Dunkelwiderstand des Halbleiters kleiner als 0,1 ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (4) aus Aluminium besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (6) aus den Verbindungen PbO₁CdSe, HgJ besteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschicht eine Quelle von im Vergleich zur Quelle der durchdringenden Strahlen längerer der Absorptionsbande des Halbleiters angepaßter Wellenlänge zugeordnet ist, mit welcher eine Nachbelichtung erfolgen kann.