DE2442412A1 - Anordnung zur ermittlung der verteilung der absorption oder der emission von strahlung in einer ebene eines koerpers - Google Patents
Anordnung zur ermittlung der verteilung der absorption oder der emission von strahlung in einer ebene eines koerpersInfo
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Description
PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 Hamburg 1, Steindamm
"Anordnung zur Ermittlung der Verteilung der Absorption oder
der Emission von Strahlung in einer Ebene eines Körpers"
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der Verteilung
der Absorption oder der Emission von Strahlung in einer Ebene eines Körpers, wobei in einer Vielzahl von
Meßreihen die Absorption bzw. die Emission des Körpers in einer Vielzahl von in der Ebene liegenden Richtungen
gemessen wird und jede Meßreihe eine Anzahl von Messungen der Absorption bzw. der Emission entlang zueinander
PHD 74-165 „
Eg - 2 * .
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wenigstens ungefähr parallelen Geraden umfaßt, und wobei aus den Meßwerten die Absorption bzw. die Emission in
einzelnen Punkten der Ebene errechnet und dargestellt wird.
Eine solche Anordnung ist bekannt (DT-OS 1 941 433). Die Absorption in einem (menschlichen) Körper wird dabei
mittels eines Strahlers gemessen, der zusammen mit einem die Strahlung hinter dem Körper messenden Strahlendetektor
senkrecht zur Richtung der Strahlung verschoben wird, wobei mit dem Detektor eine Reihe von Meßwerten (Meßreihe) gemessen
wird, die ein Maß für die Absorption der Strahlung entlang der durch die Stellung des Strahlers und des
Detektors bestimmten Geraden durch den Körper ist. Im Anschluß an eine solche Meßreihe wird das System Strahler-Detektor
gedreht und eine weitere Meßreihe unter einem anderen Winkel zum Körper durchgeführt usw. Bei einer
anderen Ausführungsform des vorbeschriebenen Gerätes wird mit einem Strahler und einer Mehrzahl von Detektoren gearbeitet,
die hinter dem zu untersuchenden Körper auf einem Kreisbogen um den Strahler angeordnet sind, wobei die
Geraden durch den Körper, entlang deren die Absorption gemessen wird, leicht divergent und nur ungefähr parallel
zueinander sind.
Aus den erhaltenen Meßwerten läßt sich die Absorption in den einzelnen Punkten bzw. Bereichen in der von der Messung
erfaßten Ebene nicht ohne weiteres rekonstruieren, weil die Meßwerte nicht ein Maß für die Absorption in einzelnen
Punkten darstellen, sondern für die Absorption längs einer bei der Messung erfaßten Geraden durch den zu untersuchenden
Körper. Mathematisch bedeutet das, daß aus den Wegintegralen einer Funktion (Absorption, Emission, Dichte usw.)
längs einer Vielzahl von sich schneidenden Geraden der Wert dieser Funktion in einzelnen Punkten der durch die
Geraden definierten Ebene errechnet werden muß.
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Dieses Problem stellt sich in gleicher Weise bei der Ermittlung der Radioaktivitätsverteilung in radioaktiv
markierten biologischen Objekten sowie bei der Berechnung von Schichten von Macromolekülen (Viren o.a.)» die mit
Hilfe eines Elektronenmikroskopes gemessen worden sind und
bei der Untersuchung von Schichten technischer Objekte (z.B.
Werk£offprüfung) mit Hilfe von durchdringender Strahlung*
Bei bekannten Anordnungen der eingangs genannten Art wird
die Errechnung der Funktion (Absorption, Emission o.dgl.) in den einzelnen Punkten aus den Wegintegralen dieser Funktion
( = Meßwerte) nach einem der für diese Zwecke bekannten
Rechenverfahren mittels eines Digitalrechners durchgeführt, der nach vollständiger Errechnung der Werte ein geeignetes
Sichtgerät steuert.
Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist der hohe Bedarf
an Rechenzeit und an digitaler Speicherkapazität. Der hohe
Bedarf an Rechenzeit ist dadurch bedingt, daß bei der Abarbeitung des Programms eine große Zahl von Interpolationen
(zwischen 10 und 10 ) und damit eine große Zahl von Multiplikationen notwendig wird, die zu langen Rechenzeiten
führen und dadurch, daß die sequentielle Ausführung der Programmschritte und zusätzlich zur internen Rechnersteuerung
notwendiger Schritte ebenfalls die Rechenzeit verlängert. Der hohe Speicherbedarf ist für die Speicherung
von Zwischenergebnissen erforderlich. Dadurch wird die Anlage erheblich verteuert. Schließlich ist durch die lange
Rechenzeit einerseits und den hohen Speicherbedarf andererseits die Zahl der Punkte in der Ebene, für die Absorption,
Emission o.dgl. errechnet werden kann, begrenzt; in der Praxis werden diese Werte für etwa 10.000 (100 χ 100) Punkte
berechnet. Dadurch wird das räumliche Auflösungsvermögen eingeschränkt und die Interpretierbarkeit des Bildes durch
die rasterförmige Darstellung erschwert. ------
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie bei
einfachem Aufbau eine geringe Rechenzeit und ein geringer Speicherbedarf ergibt, und daß die gesuchte Verteilung
nicht rasterförmig darstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung geht von einem für diese Zwecke bekannten Rechenverfahren aus (vgl. z.B. Proc.Nat.Acad.Sci. USA,
Vol. 68, Nr. 9, S. 2236 bis 2249 vom September 1971), wobei
für jeden Meßwert M ein Korrekturwert K errechnet wird, der sich aus einer Faltung der Meßwerte einer Meßreihe
ergibt. Dabei wird jeder Meßwert der Meßreihe mit einem Gewichtsfaktor multipliziert und der Korrekturwert für
einen Meßwert ergibt sich als Summe der so gebildeten Produkte. Bei verschiedenen bekannten Verfahren werden unterschiedliche
Gewichtsfaktoren verwendet; jedoch sind im allgemeinen die Gewichtsfaktoren so bemessen, daß die Meßwerte,
die in der Nähe des Meßwertes aufgenommen wurden, dessen Korrekturwert zu berechnen ist, stärker in den
Korrekturwert eingehen als Meßwerte von weiter entfernt liegenden Meßorten. Die Absorption (Emission o.dgl.) in
einem Punkt der Ebene wird aus diesen Korrekturwerten dadurch errechnet, daß diejenigen Korrekturwerte, die Meßwerten
zugeordnet sind, die durch die Absorption (Emission o.dgl.) in dem betreffenden Punkt beeinflußt werden, einander
überlagert werden (d.h. es werden die Korrekturwerte überlagert, die Meßwerten zugeordnet sind, die längs Geraden
durch den Körper gemessen wurden, die sich in dem betreffenden
Punkt schneiden).
Bei der Erfindung wird der BerechnungsVorgang unterteilt,
wobei im ersten Teil die Berechnung der Korrekturwerte K
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aus den Meßwerten M von einer Vorverarbeitungseinheit durchgeführt
wird, während die beschriebene Überlagerung der Korrekturwerte auf dem Target einer Elektronenstrahlröhrenanordnung
erfolgt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2 ein Blockschaltbild der darin benutzten Vorverarbeitungseinheit,
Fig. 3a bis 3d verschiedene Realisierungsmöglichkeiten der Elektronenstrahlröhrenanordnung zur Überlagerung
der Korrekturwerte.
In der rein schematischen Darstellung der Fig. 1 ist das Vorverarbeitungssystem mit 1 bezeichnet und mit 2 das Target
der Elektronenstrahlröhrenanordnung. Dem Eingang der. Vorverarbeitungseinheit werden die von der aus einem Strahler
und einem Detektor 4 bestehenden Meßeinrichtung zur Messung der Absorption eines Körpers 5 gelieferten Meßwerte zugeführt.
In der Regel sind diese Meßwerte proportional dem Logarithmus des Verhältnisses der Intensität der Strahlung
vor und hinter dem Körper. Die Vorverarbeitungseinheit 1 errechnet für den Meßwert aus den anderen - wie gestrichelt
angedeutet unter dem gleichen Winkel gemessenen - Meßwerten einer Meßreihe den Korrekturwert, indem sie die in der beschriebenen
Weise gewichteten Meßwerte summiert. Der Korrekturwert K steuert die Intensität des Elektronenstrahls einer Elektronenstrahlröhre, der mit konstanter
Geschwindigkeit geführt wird und auf dem Target eine Ladungsverteilung erzeugt, wobei ein Steuerteil 6 die Ablenkung
der Elektronenstrahlröhre in der Weise beeinflußt, daß der von dem Elektronenstrahl auf dem Target aufgebaute
Ladungsstreifen 9 relativ zu einem willkürlichen Bezugs-
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system die gleiche Lage und Richtung aufweist wie das System Strahler 3 - Detektor 4 bei der Messung des dem
Korrekturwert K zugeordneten Meßwertes M. In der Zeichnung ist das dadurch angedeutet, daß der (schraffierte) Ladungsstreifen 9 auf dem Target unter dem gleichen Winkel aufgezeichnet
ist, unter dem der vom Strahler 3 ausgeblendete Strahl 10 den Körper 5 schneidet. Korrekturwerte, die
Meßwerten zugeordnet sind, die durch Parallelverschiebung des Systems Strahler 3 - Detektor 4 gemessen wurden, werden
auf dem Target 2 parallel verschoben dargestellt. Die Meßwerte einer anderen Meßreihe hingegen, die unter einem
anderen Meßwinkel aufgenommen worden ist, werden auf dem Target als Streifen mit einer entsprechenden Winkeldrehung
abgebildet. Wenn alle Korrekturwerte entsprechend der Lage und der Richtung der zugeordneten Meßwerte bei der Messung
auf dem Target überlagert sind, enthält dieses eine Ladungsverteilung, die der Verteilung der Dichte bzw. der Absorption
in den einzelnen Punkten der von der Messung erfaßten Ebene entspricht. Danach kann die Ladungsverteilung
auf dem Target 2 ausgelesen und einem Sichtgerät 7 oder einem Bildspeicher zugeführt werden. Das Meßsystem 3, 4, 5
und das Sichtgerät können von bekannter Bauart sein, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Der für
die Erfindung wesentliche Teil der Anordnung ist durch die strichpunktierte Umfassungslinie 8 besonders hervorgehoben.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, wird die eigentliche Berechnung der räumlichen Verteilung der Absorption- bzw.
Emissionsdichte aus den Meßwerten M von dem Vorverarbeitungssystem 1 und mittels des Targets der Elektronenstrahlröhrenanordnung
2 durchgeführt. Der Steuerteil 6 hat keinerlei Rechenfunktionen; er koordiniert lediglich die Berechnung
der Korrekturwerte K und die Überlagerung der entsprechend diesen Korrekturwerten modulierten Ladungsstreifen auf dem Target. Der Steuerteil 6 kann daher einen
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relativ einfachen Aufbau haben. Er steuert die Vorverarbeitungseinheit
und die Elektronenstrahlröhre in der Weise, daß auf dem Target der Elektronenstrahlröhre ein Ladungsstreifen aufgebracht wird, dessen Ladungsdichte dem Korrekturwert proportional ist und dessen Lage und Richtung durch
die Lage und Richtung des Meßsystems bei der Ermittlung des
zugeordneten Meßwertes sind, während das Vorverarbeitungssystem bereits den nächsten Korrekturwert berechnet. Darüber
hinaus koordiniert er den Ablauf von Messung und Rechnung so, daß das Vorverarbeitungssystem die Meßwerte einer Meßreihe
verarbeitet, währenddas Meßsystem 3 bis 4 die Meßwerte
der nächsten Meßreihe ermittelt. Der vom Vorverarbeitungssystem berechnete Korrekturwert wird anschließend sofort
als Ladungsstreifen auf dem Target der Elektronenstrahlröhre aufgebracht, so daß nach der Errechnung des Korrekturwertes für den letzten Meßwert der letzten Meßreihe nur
noch dieser Korrekturwert auf dem Target aufgebracht werden muß, wonach die Ladungsverteilung auf dem Target der.
gesuchten Verteilungsfunktion entspricht.
Im nachfolgenden werden die für die Erfindung wesentlichen Einheiten näher beschrieben.
a) Die Vorverarbeitungseinheit
Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Vorverarbeitungseinheit, wobei - wie in Fig. 1 - mit ausgezogenen Linien
Leitungen bezeichnet sind, die für die Signalverarbeitung erforderlich sind und mit gestrichelten Linien die
Leitungen, die zur Steuerung· der einzelnen Bauelemente nötig sind. Das Vorverarbeitungssystem enthält drei
Schieberegister 110, 120 und 130, die jeweils doppelt so
viele Registerzellen aufweisen wie Meßwerte in einer einzelnen Meßreihe vorhanden sind. Sie sind so aufgebaut,
daß sie ihren Inhalt unter dem Einfluß eines digitalen
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Steuersignals von links nach rechts verschieben können. Die Schieberegister 110 und 120 nehmen jeweils die Meßwerte
auf, während das Schieberegister 1JO die Gewichtsfaktoren speichert.
Das Tor 140 öffnet oder sperrt die Verbindung zwischen dem Schieberegister 110 und dem Schieberegister 120 in
Abhängigkeit von dem Signal an der Steuerleitung 191» was von einem internen Taktgeber 190 erzeugt wird. Die
ODER-Glieder 150 und 160 lassen sowohl ein zyklisches Verschieben der Registerinhalte der Schieberegister 120
und 130 zu als auch eine Signalübernahme von außen. Die
Multipliziereinheit 180 multipliziert die jeweils am Ausgang der Schieberegister 120 bzw. 130 stehenden Signale,
d.h. also jeweils einen Meßwert mit einem Gewichtsfaktor, und gibt sie an die akkumulierende Additionseinheit 170
weiter, die dieses Produkt zu dem bereits berechneten Wert hinzuaddiert. Der Taktgeber 190 sorgt dafür, «daß der
Rechenvorgang im Vorverarbeitungssystem asynchron zu den Vorgängen in den anderen Systemen ablaufen kann und nur
zu Beginn (oder Ende) eines Rechenzyklus Befehle zwischen dem Vorverarbeitungssystem und dem Steuerteil 6 (Fig. 1)
ausgetauscht zu werden brauchen.
Im folgenden wird der zeitliche Ablauf eines Rechenvorganges im Vorverarbeitungssystem beschrieben. Es sei
zunächst angenommen, daß der Inhalt der Schieberegister 110 und 120 auf Null gesetzt worden ist (die dafür
erforderlichen Rückstell-Leitungen sind in Fig. 2 nicht dargestellt) und daß die Gewichtsfaktoren in einer
geeigneten Reihenfolge im Schieberegister 130 gespeichert sind. Wenn die Meßwerte einer Meßreihe vorliegen, erhält
der Taktgeber über dfe Leitung 192 von dem Meßsystem 3, ein Signal, woraufhin er über die Steuerleitung 193 ein
Signal abgibt, daß die Übernahme der Meßwerte M in das
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Schieberegister 110 in der Reihenfolge bewirkt, in der sie gemessen wurden. Danach wird das Tor 140 über die
Steuerleitung 193 geöffnet, so daß die Meßwerte aus dem Schieberegister 110 in das Schieberegister 120 überführt
werden können. Anschließend wird das Tor 140 wieder gesperrt. Danach beginnt der erste Rechenzyklus. Über die
Steuerleitung 194 werden die in den Schieberegistern 120
bzw. 130 gespeicherten Meßwerte bzw. Gewichtsfaktoren gemeinsam zyklisch verschoben. Mit jedem Taktsignal führt
die Multiplizierschaltung 180 eine Multiplikation der
jeweils an den Ausgängen der Schieberegister 120 und I30
stehenden Werte durch und addiert die Addiereinheit 170 das Produkt zu den bereits berechneten. Nach Ablauf von
N Taktsignalen (N = Anzahl der Registerzellen.eines Schieberegisters)
steht am Ausgang der akkumulierenden Addiereinrichtung 170 der fertig berechnete Korrekturwert K.
Der Abschluß dieses ersten Rechenzyklus wird dem Steuerteil 6 über die Leitung 195 signalisiert, woraufhin
ein Streifen mit einer dem Korrekturwert K proportionalen Ladungsdichte auf dem Target eingeschrieben wird. Zu
diesem Zeitpunkt stehen aufgrund der zyklischen Verschiebung
der Inhalte der Schieberegister 120 und 130 um N Registerstellen die Meßwerte bzw. die Gewichtsfaktoren an den gleichen Positionen wie zu Beginn des
Rechenzyklus.
Vor Beginn eines jeden weiteren Rechenzyklus, bei dem der jeweils einem anderen Meßwert zugeordnete Korrekturwert zu berechnen ist, wird mittels der Steuerleitung
die Position der Gewichtsfaktoren im Schieberegister 130 relativ zur Position der Meßwerte im Schieberegister 120
geändert. Anschließend wird wie im ersten Rechenzyklus verfahren. Dieser Ablauf wiederholt sich so oft, bis für
jeden Meßwert einer Meßreihe der zugeordnete Korrekturwert berechnet ist. Damit ist die Vorverarbeitung einer
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Meßreihe abgeschlossen. Da während des Ablaufs der Rechenzyklen
das Tor 140 gesperrt ist, können unabhängig von den Rechenoperationen in den Schieberegistern 120 und
130 bereits die Meßwerte der nächsten Meßreihe in das Register 110 geladen werden, so daß nach Abschluß der
Berechnung aller Korrekturwerte einer Meßreihe ohne Verzögerung das Register 120 neu geladen und mit der
Berechnung der Korrekturwerte der neuen Meßreihe begonnen werden kann.
Die einzelnen Bauteile der Vorverarbeitungseinheit können analog oder digital ausgeführt werden. Jedoch empfiehlt
es sich, eine analoge akkumulierende Addierschaltung 170 zu verwenden, wenn auch eine analoge Multipliziereinheit
verwendet wird. Außerdem sollte das Schieberegister 130 als digitales Bauelement ausgeführt sein, da die Gewichtsfaktoren über sehr lange Zeit erhalten bleiben müssen,
wenn nicht der Benutzer andere Gewichtsfaktoren eingibt (über die Leitung 161). Dabei müssen ggf. Digital-Analog-Wandler
oder Analog-Digital-Wandler vorgesehen sein, die das analoge Signal in ein digitales umwandeln oder umgekehrt
.
Die Schieberegister 110, 120 können als Analog-Schieberegister aufgebaut sein (z.B. Charge-coupled-devices,
Eimerkettenspeicher oder Bücket-brigade-Schaltungen)
oder als digitale Schieberegister, bei denen jeder Meßwert als Datenwort in einer Registerzelle gespeichert
ist, die aus einer Reihe von parallel angeordneten binären Speicherzellen besteht. Die Multiplizierschaltung
kann ein digital aufgebautes fest verdrahtetes Multiplikationswerk sein; weniger aufwendig ist jedoch eine
analoge Multiplizierschaltung oder ein multiplizierender Digital-Analog-Wandler, der einerseits genau und andererseits
schnell arbeitet. - Die Addierschaltung 170 kann
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ebenfalls digital aufgebaut sein. Sie kann aber auch einen Analg-Integrierer enthalten, dem ein Sample-and-Hold-Verstärker
nachgeschaltet ist, der nach jedem Rechenzyklus den berechneten Korrekturwert kurzfristig
für das Einschreiben auf dem Target der Elektronenstrahlröhre speichert. Die TOR-Schaltung 140 und die UND-Schaltung
150 und 160 sind in ihrer Ausführung zweckmäßig
an die Register 110» 120 und 130 angepaßt.
b) Die Elektronenstrahlröhrenanordnung zur Überlagerung der Korrekturwerte .
Wie bereits erwähnt, ist es Aufgabe der Elektronenstrahlröhrenanordnung,
die Korrekturwerte, die jeweils für einen Streifen berechnet worden sind, zu überlagern, um die
gesuchten Funktionswerte (Absorption, Emission u.dgl.) in der untersuchten Ebene zu ermitteln. Während jedoch
die Meßwerte dbets das gleiche Vorzeichen haben, können
die aus den Meßwerten abgeleiteten Korrekturwerte im allgemeinen sowohl negatives als auch positives Vorzeichen
haben. Das würde bedeuten, daß auf dem Target positive und negative Ladungen überlagert werden müssen,
was nicht ohne weiteres möglich ist.
In den Fig. 3a bis 3d sind Ausführungsbeispiele von
Elektronenstrahlröhrenanordnungen dargestellt, die die Überlagerung von Korrekturwerten mit unterschiedlicher
Polarität gestatten. Allen vier Ausführungsformen gemeinsam
ist die Verwendung von ein oder zwei Elektronenstrahlröhren mit einem Target, welches positive oder
negative elektrische Ladungen an beliebigen Stellen speichern kann, und eines Ablenkteiles, das - gesteuert
vom Steuerteil 6 - Ablenkspannungen bzw. Ablenkströme erzeugt, die den Elektronenstrahl auf dem Target längs
eines Streifens führen, dessen Lage und Richtung der
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Lage und der Richtung des Meßsystems bei der Ermittlung des dem aufzuzeichnenden Korrekturwertes zugeordneten
Meßwertes entspricht. Dabei wird die Ablenkrichtung des Elektronenstrahls durch eine Änderung des Verhältnisses
der Sägezahnablenkströme für die x- und y-Richtung geändert, und eine Prallelverschiebung der Ablenkrichtung des
Elektronenstrahls erfolgt dadurch, daß den Ablenkströmen eine additive Komponente überlagert wird bzw. die Ablenkströme
gegeneinander zeitlich verzögert werden. Die Breite des Elektronenstrahls ist so eingestellt, daß
seine Halbwertsbreite ungefähr der Streifenbreite entspricht.
In Fig. 3a ist eine Ausführungsform mit zwei identisch
aufgebauten Speicherröhren 210 und 220 dargestellt. Eine Speicherröhre entspricht einer Elektronenstrahlröhre mit
magnetischer Ablenkung und mit einem dielektrischen Target. Ein auf das Target auftreffender Elektronenstrahl
löst dort Sekundärelektronen aus, die von einem vor dem Target angeordneten Gitter abgesogen werden. Ist die
Spannungsdifferenz zwisehen Kathode und Target ausrei&end
hoch (^"100 V), so ist die der Sekundärelektronenemissionsfaktor
£^"\ und die Targetstelle, die vom
Elektronenstrahl getroffen wird, lädt sich positiv auf. Da die Targetoberfläche nicht-leitend ist, bleibt diese
Ladung erhalten, d.h. das.Target speichert, wobei die gespeicherte Ladung u.a. dem Produkt I · T proportional
ist, wobei I die Stärke des Elektronenstrahls und die T die Bestrahlungszeit ist. Mit Hilfe des vom·Steuerteil
6 gesteuerten Ablenkgenerators wird nun der Elektronenstrahl beider Röhren mit gleichmäßiger Geschwindigkeit
über das Target geführt, und zwar derart, daß der von dem Elektronenstrahl auf dem Target beschriebene Streifen
relativ zu den Streifen der anderen Korrekturwerte die gleiche Lage einnimmt wie das Meßsystem bei der Ermittlung
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des zugeordneten Meßwertes im Bezug auf seine Lage bei
der Ermittlung der anderen Meßwerte.
Die Intensität des Elektronenstrahls wird durch die Vorspannung an Gitter der Elektronenstrahlröhren 210 bzw. 220
bestimmt, die über Leitungen 211 bzw. 212 zugeführt werden. Diese Vorspannungen werden aus den Korrekturwerten K abgeleitet, wobei eine Signaltrennschaltung 230
dafür sorgt, daß der Leitung 211 nur positive Korrekturwerte zugeführt werden, während die negativen Korrekturwerte der Leitung212 über eine Invertierschaltung 240,
die die Polarität des Signals umkehrt, zugeführt werden. Die Röhre 210 überlagert daher die positiven Korrekturwerte und die Röhre 220 die negativen Korrekturwerte. Zur
Erzeugung eines Überlagerungsbildes aller Korrekturwerte werden die Ladungsbilder auf den Targets der beiden
Röhren 210 und 220 synchron (z.B. mit Fernsehnorm) abgetastet und über einen Differenzverstärker an das Sichtgerät
7, einen Bildspeicher o.dgl. weitergeleitet, wo dann die gesuchte Verteilung dargestellt bzw. gespeichert
wird.
In Fig. 3b ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der
nur eine Speicherröhre erforderlich ist. Die Ablenkung und die Fokussierung des Elektronenstrahls wurden dabei
in der gleichen Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 3a beschrieben. - Bei dieser Ausführungsform wird die Tatsache
ausgenutzt, daß der Sekundärelektronenemissionsfaktor ^ 1 ist, wenn die Spannung zwischen Kathode und
Target relativ klein ist (U2). In diesem Fall lädt sich
die vom Elektronenstrahl getroffene Stelle des Targets negativ auf, d.h. von einer auf dem Target schon vorhandenen
positiven Ladung wird etwas subtrahiert.
Dem Gitter der Speicherröhre 260 wird hierbei der
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2U2412
Korrekturwert über einen Umschalter 261 zugeführt. In der oberen Stellung des Umschalters liegt der Korrekturwert direkt am Gitter der Speicherröhre, während in
der unteren Stellung der Korrekturwert über einen invertierenden Verstärker 262 an das Gitter der Speicherröhre
gelangt. Ein V.orzeichendiskriminator 263 steuert den Umschalter 261 so, daß bei positiver Polarität des
Korrekturwertes sich der Schalter in der oberen und bei negativer Polarität in der unteren Schaltstellung befindet.
Dem Gitter der Speicherröhre wird auf diese Weise eine Spannung zugeführt, die dem Betrag des Korrekturwertes proportional ist. Der Vorzeichendiskriminator
steuert außerdem einen Umschalter 264, der die Spannung zwischen Kathode und Target von einem hohen Wert (U^)
auf einen niedrigen Wert (U2) umschaltet, so daß in einem
Fall eine positive Ladung auf dem Target überlagert wird und im anderen Fall eine negative. Dabei muß allerdings
berücksichtigt werden, daß der negative Ladestrom .bei der kleinen Spannung Up zwischen Kathode und Anode kleiner
ist als der positive Ladestrom bei der Spannung U^. Deshalb ist der Verstärkungsfaktor des invertierenden
Verstärkers 262 so bemessen, daß die Größe der Ladungsänderung auf dem Target ausschließlich von dem Betrag
des Korrekturwertes bestimmt wird.
Bei dieser Ausführungsform können ebenso wie bei der in Fig. 3a dargestellten sowohl Speicherröhren mit zerstörungsfreier
Auslese der Ladungsverteilung als auch solche eingesetzt werden, die die Ladungsverteilung beim
Auslesen abbauen. Im letzten Fall muß die aufgebaute Ladungsverteilung auf einem externen Bildspeicher zwischengespeichert
werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3c wird die Tatsache ausgenetzt, daß auch eine Vidikonröhre, insbesondere
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6 0 9 8 12/0511
- 15 - 244241?
ein sogenanntes Plumbikon, in der Lage ist, eine positive
Ladungsverteilung auf ihrer Photokathode für einige sek
zu speichern. Dabei ist eine Plumbikonröhre 270 über eine optische Ubertragungsstrecke 271 auf den Wiedergabeschirm
einer Video-Display-Röhre 272 ausgerichtet. Der Korrekturwert wird einer Signaltrennschaltung 273 zugeführt, die
positive Korrekturwerte an das Gitter der Plumbikonröhre und negative Werte über einen invertierenden Verstärker
dem Gitter der Video-Display-Röhre 272 zuführt. Die Photokathode der Plumbikonröhre 270 wird vor Beginn
eines Überlagerungsvorganges gleichmäßig beleuchtet, so daß sich eine gleichmäßige positive Ladung aufbaut.
Wird nun der Abtaststrahl der Plumbikonröhre mit den positiven Korrekturwerten moduliert, dann wird entlang
den vom Elektronenstrahl beschriebenen Streifen die Ladung auf der Photokathode der Plumbikonröhre teilweise
abgebaut. Auf diese Weise erzeugt der Elektronenstrahl eine zu den Korrekturwerten komplementäre Ladungsverteilung.
Mit den negativen Korrekturwerten wird der Elektronenstrahl der Video-Display-Röhre moduliert,
deren Elektronenstrahl synchron zum Elektronenstrahl der Plumbikonröhre abgelenkt wird. Die auf der Video-Display-Röhre
beschriebenen Streifen bewirken eine Erhöhung der positiven Ladung auf der Photokathode der
Plumbikonröhre proportional zu den negativen auf der Display-Röhre 272 eingeschriebenen Korrekturwerten. Auf
diese Weise ergibt sich eine Addition bzw. Subtraktion der Ladungsverteilung auf der Photokathode der Plumbikonröhre
270, wobei die Verstärkung des invertierenden Verstärkers so bemessen sein muß, daß die aufgebrachte bzw.
abgebaute Ladungsmenge unabhängig vom Vorzeichen des Korrekturwertes ist. Das Ausgangssignal der Plumbikonröhre
wird wiederum einem Bildspeicher zugeführt.
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60981 2/0511
In Fig. 3d ist schließlich eine Ausführungsform der
Elektronenstrahlröhrenanordnung dargestellt, bei der eine sogenannte Phototitusröhre benutzt wird. Eine solche
Röhre gestattet es, ein ihrer Eingangsseite zugeführtes optisches Bild zu speichern. Dabei wird eine Ladungsverteilung
auf einem in der Phototitusröhre enthaltenen dielektrischen Spiegel entsprechend der Helligkeit des
optischen Bildes aufgebaut. Die Polarität der gespeicherten Ladungen hängt von der Polarität der zwischen die beiden
äußeren transparenten Elektroden angelegten Gleichspannung ab. Zum Auslesen des gespeicherten Ladungsbildes wird
die Ausgabeseite der Phototitusröhre von einer Strahlungsquelle 281 mit linear polarisiertem Licht beleuchtet.
Das Licht wird am dfelektrisehen Spiegel reflektiert, wobei
es in seiner Polarisationsrichtung durch einen Kristall in Abhängigkeit von Vorzeichen und der Größe der auf dem
dielektrischen Spiegel gespeicherten Ladung gedreht wird. Die Drehung der Polarisationsrichtung wird mittels eines
Analysators 283 sichtbar gemacht.
Die Eingabeseite der Phototitusröhre 280 ist über eine
Optik 284 auf den Wiedergabeschirm einer Video-Display-Röhre
285 ausgerichtet. Die Intensität des Elektronenstrahls der Video-Display-Röhre wird von dem Betrag des
Korrekturwertes moduliert. Zu diesem Zweck kann der Korrekturwert K dem Modulationsgitter der Video-Display-Röhre
285 über einen Umschalter 286 einerseits direkt und andererseits über einen invertierenden Verstärker
zugeführt werden. Wie schon in Verbindung mit Fig. 3b beschrieben, wird der Umschalter 286 durch eine Vorzeichenerkennungsschaltung
288 so gesteuert, daß der Elektronenstrom dem Betrag des jeweils angelegten Korrekturwertes proportional ist. Mithin ist auch die Helligkeit
der auf dem Wiedergabeschirm aufgezeichneten Streifen
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dem Betrag der Korrekturwerte proportional. Dadurch, daß die Vorzeichenerkennungsschaltung 288 über einen
weiteren Umschalter 289 die Polarität der Gleichspannung zwischen den beiden äußeren Elektroden der Phototitusröhre
in Abhängigkeit von der Polarität des Korrekturwertes umschaltet, wird erreicht, daß der entsprechend
dem Helligkeitsstreifen auf dem Wiedergabeschirm der
Video-Display-Röhre erzeugte Ladungsstreifen eine Polarität
hat, die der Polarität des Korrekturwertes entspricht. - Die in Fig. 3d dargestellte Anordnung hat
den Vorteil, daß die berechnete 2-dimensionale Verteilung der Absorption usw. optisch ausgelesen werden kann, so daß
die Phototitusröhre nicht nur als Speicherelement, sondern gleichzeitig auch als optisches-Sichtgerät dient.
c) Das Steuerteil
Das Steuerteil hat folgende Funktionen:
a) Die Rechenabläufe zwischen Vorverarbeitungsteil und der Elektronenstrahlröhrenanordnung zu koordinieren und
dem Ablenkteil der Elektronenstrahlröhrenanordnung die für die Aufzeichnung des Streifens in der richtigen
Lage erforderlichen Parameter einzugeben,
b) die zusätzliche Koordinierung der erfindungsgemäßen Anordnung mit den Außenstellen zu gewährleisten, z.B.
mit dem System Strahler 3 - Detektor 4 einerseits (oder anderen physikalischen Meßeinrichtungen) und
den Bildwiedergabe-, Bildspeicher- und Bilddrückereinheiten
andererseits,
c) als Verbindungsstelle insbesondere zwischen dem Vorverarbeitungssystem
und dem Bedienungspersonal zu dienen, über die das Bedienungspersonal z.B. neue Gewichtsfaktoren oder die Zahl der für die Berechnung erfordermuß
liehen Meßreihen einzugeben. Zu diesem Zwepk/ein kleiner
digitaler Prozeßrechner oder ein Mikroprozeßrechnerschaltkreis
eingesetzt werden.
- 18 -
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Claims (13)
- PATENTANSPRÜCHE:Λ .J Anordnung zur Ermittlung der räumlichen Verteilung der Absorption oder der Emission von Strahlung in einer Ebene eines Körpers, wobei in einer Vielzahl von Meßreihen die Absorption bzw. die Emission des Körpers in einer Vielzahl von in der Ebene liegenden Richtungen gemessen wird und jede Meßreihe eine Anzahl von Messungen der Absorption bzw. der Emission entlang zueinander wenigstens ungefähr parallelen Geraden umfaßt, und wobei aus den Meßwerten die Absorption bzw. die Emission in einzelnen Punkten der Ebene errechnet und dargestellt wird, gekennzeichnet durch folgende Baueinheiten:a) eine Vorverarbeitungseinheit (1), die für jeden Meßwert (M) einer Meßreihe nach einer vorgegebenen Funktion einen Korrekturwert (K) aus den anderen Meßwerten derselben Meßreihe errechnet,b) eine Elektronenstrahlröhrenanordnung (2) mit wenigstens einer Elektronenstrahlröhre, mit deren Hilfe auf einem speicherfähigen Target die Ladungen längs aneinandergrenzender Streifen überlagert werden, deren Lage und Richtung der Lage und der Richtung der Geraden bei der Ermittlung jeweils eines Meßwertes entspricht, wobei die Größe der auf einen Streifen (9) aufgebauten Ladung durch den für diesen Meßwert errechneten Korrekturwert (K)bestimmt ist,c) ein Steuerteil, das die Vorverarbeitungseinheit (1) und die Elektronenstrahlröhrenanordnung (2) steuert, derart, daß die Elektronenstrahlröhrenanordnung (2) den jeweils errechneten Korrekturwert einspeichert, während die Vorverarbeitungseinheit (1) den nächsten Korrekturwert berechnet.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- 19 -609812/0511daß die Vorverarbeitungseinheit drei Schieberegister (110, 120, 130), eine Multipliziereinheit (180), die den Inhalt jeweils einer Speicherzelle des zweiten und des dritten Schieberegisters (120, 130) miteinander multipliziert, und ein akkumulierendes Additionswerk (170) enthält, das das Ausgangssignal der Multipliziereinheit (180) zu bereits gespeicherten Werten hinzuaddiert.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte (M) einer Meßreihe von dem ersten Schieberegister (110) übernommen und von dort in das zweite Register geladen werden und daß im dritten Schieberegister (130) ein Satz von Gewichtungsfaktoren gespeichert ist.
- 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhalte der Registerzellen im zweiten und dritten Schieberegister gemeinsam zyklisch verschoben werden, so daß bei der Berechnung eines Korrekturwertes alle in dem zweiten Schieberegister (120) gespeicherten Werte mit den in der gleichen Position stehenden Werten des dritten Schieberegisters (130) multipliziert werden.
- 5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinheit (180) ein multiplizierender Digital-Analog-Wandler ist, dessen Analogeingang über einen Digital-Analog-Wandler mit dem Ausgang des zweiten oder des dritten Schieberegisters (120, 130) verbunden ist.
- 6. Anordnung nach Anspruch 4,-dadurch gekennzeichnet, daß nach der Berechnung eines Korrekturwertes für die Berechnung des nächsten Korrekturwertes die Speieherinhalte des zweiten und dritten Schieberegisters relativ zueinander verschoben werden.
- 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch- 20 -6 0 9 R 1 ? / 0 5 112U2412gekennzeichnet, daß der Inhalt des dritten Schieberegisters (130) von außen (über I6I, 160) änderbar ist.
- 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Ablauf der Rechenoperationen in der Vorverarbeitungseinheit (1) durch einen internen Taktgeber (190) gesteuert wird.
- 9. - Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte (K) mittels zweier elektronischer Speicherröhren (210, 220) überlagert werden, deren Ablenksysteme synchron zueinander gesteuert werden, wobei der Elektronenstrahl der einen Speicherröhre (210) mit den positiven und der Elektronenstrahl der anderen Speicherröhre (220) mit den negativen Korrekturwerten moduliert wird, wobei die negativen Korrekturwerte dem Steuergitter der Speicherröhre (220) über einen Inverter (240) zugeführt werden (Fig. 3a), und daß die Ladungsverteilung auf den Targets beider ♦ Speicherröhren synchron zueinander ausgelesen und über einen Differenzverstärker einer Bildwiedergabeeinheit (7) oder einem Bildspeicher zugeführt wird.
- 10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlröhrenanordnung eine einzige elektronische Speicherröhre (26o) enthält, deren Elektronenstrahlintensität vom Betrag des Korrekturwertes gesteuert wird und bei der die Spannung zwischen Kathode und Target entsprechend der Polarität des Korrekturwertes von einem hohen Wert (IL) auf einen niedrigen Wert (Up) umgeschaltet wird (Fig. 3t>).
- 11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlröhrenanordnung eine Vidikonröhre (270) enthält, die auf den Wiedergabeschirm einer Vidikori-Display-Röhre (272) fokussiert ist, wobei die Ablenkung beider Elektronenstrahlröhren synchron gesteuert wird und nach gleichmäßiger Beleuchtung/cfören Xlrtastsxrahl von den- 21 -η QAi7 / η β 1 ι' 21 " 24424 Ίpositiven Korrekturwerten, der Elektronenstrahl der Video-Display-Röhre hingegen über einen Inverter von den negativen Korrekturwerten gesteuert wird.
- 12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der entsprechend der Lage und der Richtung bei der Ermittlung des Meßwertes geführte Elektronenstrahl einer Video-Display-Röhre (285) mit dem Betrag des jeweiligen Korrekturwertes moduliert wird und daß eine Phototitusröhre (280) optisch an den Wiedergabeschirm der Video-Display-Röhre angekoppelt ist, wobei die Polarität der an die äußeren Elektroden der Phot±itusröhre (280) angeschlossenen Gleichspannung entsprechend der Polarität der eingegebenen Korrekturwerte umgeschaltet wird.
- 13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl der Elektronenstrahlröhrenanordnung so fokussiert ist, daß seine Halbwertsbreite ungefähr der Breite eines Streifens.(9) entspricht.Π 9 R Ί ? / 0 5 1 1Leerseite
Priority Applications (5)
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