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Elektronen-Röntgenographiegerät mit direkter Ladungsaus-
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lesung und verbessertem Signal/Rauschverhältnis Die Erfindung betrifft
Röntgenographiegeräte, sie bezieht sich insbesondere auf ein Elektronen-Röntgenographiegerät
mit direkter Ladungsauslesung, welches eine verbesserte Elektrode zur Erhöhung des
Signal/Rauschverhältnisses aufweist.
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Röntgenographie oder Radiographie, insbesondere für medizinische Diagnosezwecke,
wurde bisher durch das Erfordernis gehemmt, Bilder auf Filmen auf Silberbasis aufzuzeichnen,
die nicht nur teuer sind, sondern auch ein großes Speichervolumen benötigen. Ein
Verfahren, welches zur Erzielung eines Röntgenbildes ohne Verwendung eines Films
entwickelt wurde, verursacht ein Muster aus elektrischer Ladung, die auf der Oberfläche
eines Elements in Abhängigkeit von Röntgenstrahlung abgelegt wird, die durch ein
zu untersuchendes
ObJekt differentiell absorbiert wurde. Die zweidimensionale
Oberfläche des Elements wird abgetastet, und es wird an Jedem Abtastpunkt die elektrische
Ladung als ein elektrisches Signal ausgelesen, welches durch Rechnerverfahren weiter
verarbeitet werden kann. Es lassen sich bekannte Rechnerverfahren verwenden, um
das Bild zu rekonstruieren, sichtbar zu machen und/ oder zu speichern. Insbesondere
kann das rekonstruierte Bild durch elektrostatische und ähnliche Verfahren entwickelt
werden (wodurch die Notwendigkeit zur Verwendung teurerer Silberhalogenid-Filme
eliminiert wird), und das rekonstruierte Bild kann in der Größe modifiziert werden,
um die Speicherung des Bildes zu vereinfachen. Bekannte Geräte zur Umwandlung von
Röntgenstrahlung in elektrische Ladung mit anschließendem Auslesen der Ladung zeigen
im allgemeinen ein Signal/Rauschverhältnis, welches für praktische Anwendungen des
Geräts bei niedriger Strahlungsdosierung nicht groß genug ist.
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Aus der US-PS 3 970 844 ist ein Gerät zur Elektronen-Röntgenographie
mit direkter Ladungsauslesung bekannt, welches (in Figur 1 dieser Patentschrift)
eine obere Elektrode 21 zeigt, die durch eine differentiell-absorbierte Röntgenstrahlung
bestrahlt wird; eine Kammer 35 unterhalb der oberen Elektrode ist mit Gas, z.B.
Xenon oder dergleichen bei hohem Druck gefüllt; eine untere Elektrode 23 bildet
die Grenze der Kammer 35, die der oberen Elektrode 21 gegenüberliegt.
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Die untere Elektrode besitzt eine Schicht 42 aus fotoleitfähigem Material,
welches auf eine Vielzahl paralleler, transparenter leitender Streifen 41 aufgedampft
ist, die auf einem transparenten Glassubstrat 40 getragen werden. Während der Bestrahlung
durch die differentiell-absorbierten Röntgen -strahlen wird ein Feld in der Gaskammer
35 durch eine Bildspeisequelle 24 ausgebildet, die zwischen die obere Elektrode
21 und alle leitenden Streifen 41 gelegt ist, die über einen einzigen Leiter 26
parallel geschaltet sind. Röntgenstrahlphotonen werden im Hochdruckgas in der Kammer
35 in Ionen
und Elektronen umgewandelt, und eine Art der resultierenden
geladenen Teilchen wird auf die Oberfläche der fotoleitenden Schicht angezogen und
lagert sich dort an. Nach der Bestrahlung wird das Feld zwischen oberer Elektrode
21 und unterer Elektrode 23 entfernt; mit einer Lichtquelle 43 werden durch die
transparenten Streifen 41 die Bereiche der Fotoleiter -schichten abgetastet. Die
belichteten Bereiche werden lei -tend, und die in Jedem Bereich gespeicherte Ladung
fließt zum darunterliegenden Leiter 41 und damit zur Ausleseelektronik 31 zur Verarbeitung,
Speicherung und/oder Reproduktion eines Bilds des zu untersuchenden ObJekts.
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Alle unterlegten Leiter 41 sind in einer elektrischen Parallelschaltung
verbunden, wodurch die Ausgangskapazität der Einrichtung relativ groß und die Größe
Jedes Ausgangsstromsignals relativ klein und mit dem Rauschstrom eines folgenden
Verstärkers vergleichbar ist, wodurch ein relativ kleines Signal/Rauschverhältnis
vorhanden ist. Die Ausgangssignale der Einrichtung müssen erhöht werden, um die
gewünschte niedere Patientendosierung pro Bestrahlung zu ermöglichen, während gleichzeitig
ein zufriedenstellendes Röntgenbild er -zielt werden muß.
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Gemäß der Erfindung wird ein Elektronen-Röntgenographiegerät mit direkter
Ladungsauslesung angegeben, das eine erste Elektrode aufweist, auf die differentiell-absorbierte
Röntgenstrahlung auftrifft, und die der gegenüberliegenden Seite der ersten Elektrode
einer Röntgenstrahlquelle benachbart angeordnet ist, um die differentiell-absorbierte
Röntgen -strahlung in ein Ladungsmuster umzuwandeln; vorgesehen ist ferner eine
zweite Elektrode, die der Ladungserzeugungseinrichtung benachbart und von der ersten
Elektrode beabstandet angeordnet ist, um Ladungsmuster gemäß einem optischen Abtastsignal
selektiv auszulesen. Das erfindungsgemäße Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Elektrode
mindestens ein leitendes Element enthält,
welches im wesentlichen quer zur Richtung der Vielzahl der länglichen Streifen und
in kleinem Abstand von der Gruppe der parallelen Streifenenden angeordnet ist. Jeder
der parallelen leitenden Streifen ist ursprünglich vom dem quer angeordneten Leitungsstreifen
getrennt. Die Verbindung zwischen einem einzigen der leitenden Streifen und dem
Querstreifen wird nur hergestellt, wenn der dazwischenliegende Bereich des Fotoleiters
durch einen Teil des Lichts belichtet wird, welches verwendet wird, um alle parallelen
leitenden Streifen zum Zwecke der Ladungsauslesung sequentiell abzutasten. Auf diese
Weise wird die Gesamtkapazität der Einrichtung, die von einem an den Querstreifen
angeschlossenen Verstärker gesehen wird, verringert, und der lesbare Ladungsimpuls
wird um etwa den hunderfachen Wert erhöht, wodurch die Verstärkung des elektrischen
Signals ohne entsprechende Erhöhung des Rauschens auf einen unannehmbaren Pegel
erreicht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Laser
als Lichtquelle verwendet, wobei ein Strahlteiler angeordnet ist, um einen stationären
Lichtfleck auf den Bereich zwischen dem Ende eines Leiterstreifens und dem benachbarten
Querstreifen zur Herstellung der Verbindung zu lenken.
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Der Rest des Laserausgangsstrahls wird längs der Länge desselben leitenden
Streifens durch einen rotierenden Spiegel getastet, um das Auslesen der über diesem
Streifen gespeicherten Ladung zu erleichtern.
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Cemäß einer weiteren bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung wird
die Vielzahl der parallelen, leitenden und transparenten Streifen durch ein dazwischen
geschachteltes Raster ergänzt, welches relativ große Leiterbreite/Leiterabstand-Werte
besitzt, wobei das Raster unter eine Isolierschicht vergraben ist und während der
Bestrahlung mit Röntgenstrahlen auf einem gewissen Potential gehalten wird, um zu
ermöglichen,
daß die Ladung primär in der Nähe des Rasters gesammelt wird, und um die Kapazität
der Einrichtung weiter zu reduzieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte zweite Elektrode
für ein Elektronen-Röntgenographiegerät mit direkter Ladungsauslesung zu schaffen.
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Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine Vorrichtung zum optischen
Abtasten des verbesserten Geräts zu schaffen, das die erfindungsgemäße zweite Elektrodenstruktur
besitzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine neue Rasterstruktur zur
weiteren Verringerung der Kapazität der Anordnung und zur Erhöhung des Ausgangssignal/Rauschverhältnisses
zu schaffen.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1a eine Schnittansicht einer Elektronen-Röntgenographieeinrichtung
bekannter Art; Fig. Ib eine Schnittansicht durch die Einrichtung bekannter Art längs
der Linien und in Richtung der Pfeile ?b-lb der Figur 1a; Fig. 2 eine Schrägansicht,
teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemäßen zweiten Elektrode; Fig. 2a eine vergrößerte
Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrode der Figur 2, die die lichtaktivierbaren
Schaltbereiche zeigt; Fig. 2b eine schematische Darstellung der optischen
Vorrichtung
zum Verbinden und Abtasten eines leitenden Streifens der zweiten Elektrode; Fig.
2c eine schematische Ansicht der äquivalenten Ausgangsschaltung einer Anordnung
gemäß Figur 2 und eines hierbei verwendeten Verstärkers, wobei diese Darstellung
zum Verständnis der Prinzipien der Erfindung nützlich ist; Fig. 3 eine Seitenansicht
eines Geräts, welches die erfindungsgemäße zweite Elektrode verwendet; und Fig.
4 eine Schnittansicht einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung mit einer Rasterelektrode.
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In den Figuren 1a und Ib ist eine Anordnung 10 bekannter Art dargestellt,
die in der US-PS 3 970 844 vollständig beschrieben ist und zur Herstellung eines
Röntgenbildes eines Gegenstands 11 verwendet wird, welches Röntgenstrahlen einer
Quelle 12 differentiell absorbiert. Die Einrichtung 10 ent -hält eine erste Elektrode
14, die die differentiell absorbierten Röntgenstrahlen empfängt. Eine zweite.Elektrode
15 ist in der von der Röntgenstrahlquelle 12 abgewandten Richtung Jenseits der ersten
Elektrode 14 angeordnet. Eine Kammer 16 ist zwischen den beabstandeten ersten und
zweiten Elektroden 14 und 15 ausgebildet und ist mit einem Medium, z.B. einem Gas
oder einer Flüssigkeit gefüllt, um Röntgenstrahlen zu absorbieren und elektrisch
geladene Teilchen, wie z.B. Ionen und dergleichen, in Abhängigkeit von der Größe
der umgewandelten Röntgenstrahlen zu emitieren.
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Die zweite Elektrode 15 enthält eine Schicht 17 aus einem transparenten
Isolator, z.B. Glas oder dergleichen, auf deren Oberfläche 17a eine Vielzahl von
leitenden, transparenten
Streifen 18a bis 18n aus Zinnoxid oder
dergleichen hergestellt sind. Ein leitendes Element 20 koppelt gleiche Enden 19a
bis 19n Jedes Streifens 18a bis 18n zusammen, um eine Verbindung mit Einrichtungen
herzustellen, die außerhalb der Einrichtung 10 liegen. Eine Schicht 21 aus fotoleitendem
Material ist über den Streifen und der restlichen Schicht 17 angeordnet. Ein Element
22 trägt eine Vielzahl optischer Fasern 24, die zwischen einer Lichtquelle 26 und
jedem der leitenden Streifen 18 vorgesehen sind. Das Element 22 und die Lichtquelle
26 bewegen sich in Richtung der Längsausdehnung der Streifen 18 mittels einer Abtasteinrichtung
27, wie durch die Pfeile A-A gezeigt ist.
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Während der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen wird ein erster Schalter
S1 geschlossen, um eine Quelle 28 mit der Bildspannung zwischen die erste Elektrode
14 und, über eine gemeinsame Leitung 20, die Vielzahl der leitenden Streifen 18
zu legen. Die Polarität der Quelle 28 ist derart, daß die durch das Umwandlungsmedium
in der Kammer 16 gebildeten Ladungen auf die obere Oberfläche 15b der zweiten Elektrode
15 gezogen werden, d.h. auf die Oberfläche der Schicht 21 aus fotoleitendem Material
als ein Ladungsmuster innerhalb des Bildes des Objekts 11, welches analysiert werden
soll. Nach der Belichtung wird der erste Schalter S1 geöffnet, und ein zweiter Schalter
S2, der einen Ausleseverstärker 29 zwischen die gemeinsame Leitung 20 und die Abtasteinrichtung
27 legt, wird geschlossen. Die Lichtquelle 26 wird aktiviert, und die Lichtphotonen
von der Lichtquelle werden durch Jede der Fasern 24 und die zugeordneten darüberliegenden
transparenten Streifen 18 geleitet, um auf dem Fotoleitermaterial der Schicht 21
aufzutreffen. Die Lichtphotonen ändern die Leitfähigkeit desJenigen Bereichs der
Schicht 21, der unmittelbar über Jedem der leitenden Streifen liegt, wodurch die
elektrische Ladung, die auf der Oberfläche 15b der zweiten Elektrode sitzt, durch
die relativ hochleitenden Teile der
fotoleitenden Schicht 21, durch
den darunterliegenden leitenden Streifen 18 und dann über die gemeinsame Leitung
20 zum Ausleseverstärker 29 geleitet werden und ein Ausgangssignal bilden. Das Fotoleitermaterial
wird also auf diese Weise durch den abtastenden Lichtstrahl aktiviert, so daß die
Größe der Ladung nur dann zum Leitermaterial transferiert wird , wenn ein Bereich
der Schicht 21 durch die Lichtquelle 26 belichtet wird, wenn sich das Element 22
in den durch die Pfeile A dargestellten Richtungen quer zur Längsausdehnung der
Vielzahl der Leiterstreifen 18 (Figur Ib) bewegt.
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Selbst wenn Jede der Fasern 24 sequentiell belichtet wird, wodurch
der Teil der Schicht 21, der unmittelbar über Jedem länglichen Streifen 18a bis
18n liegt, sequentiell bei einer Position des Elements 22 belichtet wird, werden
die Enden 19 der verbleibenden Menge an Streifen 18 kontinuierlich an die gemeinsame
Leitung 20 gekoppelt, wodurch ein relativ großer Bereich eines dünnen Isolators
hierzwischen erscheint und eine relativ große elektrische Kapazität parallel mit
dem gewünschten Signalausgangsstrom bildet, der vom belichteten Bereich fließt.
Diese relativ große Ausgangskapazität reduziert das Signal/Rauschverhältnis, wenn
medizinisch einsetzbare Röntgenstrahldosen verwendet werden.
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Es wird nun auf die Figuren 2 und 2a Bezug genommen. Es hat sich gezeigt,
daß die Ausgangskapazität verringert, und das Signal/Rauschverhältnis um etwa zwei
Größenordnungen erhöht werden kann, wenn eine verbesserte zweite Elektrode 15' verwendet
wird. Die Länge der transparenten, isolierenden (Glas)-Schicht 17 wird länger als
die Länge Li Jedes einzelnen parallelen Streifens 18a bis 18n gemacht. Jeder von
zwei dünnen, transparenten Leitern, z.B. den Streifen 30a und 30b, verläuft quer
zu der Längsausdehnung Li der Streifen 18 und in einem Abstand D von den aneinander
gereihten
Enden 19a bis 19n und 19a' bis 19n'. Die zwischen den
Mitten der Streifen 30 gemessene Länge Lc ist größer als die Summe der Länge Li
der Streifen 18 und dem doppelten Abstand D.
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Wenn typischerweise parallele Streifen 18 ungefähr eine Breite von
etwa 7,6 x 10 3 cm (3 Millizoll) und eine Dicke von etwa 1000 i besitzen, wobei
ein Abstand von etwa 2,5x10 3 cm (1 Millizoll) zwischen benachbarten Streifen vorhanden
ist, dann besitzt jeder der Streifen 30 etwa eine Breite zwischen 10 und 25 x 10
3 cm (4 und 1o Millizoll) und weist im wesentlichen dieselbe Dicke (etwa 1000 R)
auf, und der Trennab -stand liegt bevorzugt zwischen etwa 5 und 25 x 10 3 cm (2
bis 10 Millizoll). Eine Schicht 21' aus fotoleitendem Material, z.B. Selen oder
dergleichen, bedeckt nur den durch die Breite W und den Leiter-Leiterabstand Lc
definierten Bereich; der zum Empfang und zur Speicherung von Ladung benutzte tatsächliche
Bereich wird durch die Breite W und die Streifenlänge Li bestimmt. Die Schicht 21'
wird mit einer maximalen Dicke in der Größenordnung von 20 Mikrometern hergestellt;
jede wesentlich dickere Schicht verbreitert die Höhenver -teilung der Ausgangsimpulse,
setzt die Qualität des Ausgangssignals der Einrichtung herab und verlängert die
gesamte Abtastzeit des gesamten Ladungsbildes.
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Jeder der Bereiche 35a bis 35n zwischen den Leiterstreifen 30a und
entsprechend benachbarten Streifenenden 19a bis 19n (oder zwischen den Enden 19a'
bis 19n' und dem zugeordneten anderen benachbarten Leiterstreifen 30b) wirkt als
einbptisch aktivierbarer Schalter. Wenn daher ein Bereich, z.B. der Bereich 35f
zwischen dem Leiterstreifen 30 und dem Ende 19f des Streifens 18f nicht belichtet
ist, befindet sich das fotoleitende Material dieses Bereichs in einem hochohmigen
Zustand, in dem weder Ladung vom Streifen, z.B. 18f zum Leiter noch vom Leiter zu
einem nicht angeschlossenen Streifen fließen kann. Die Isolation Jedes nicht abgefragten
Streifens verringert die tatsächliche Kapazität jedes Streifens in
Parallelverbindung
mit dem Leiterstreifen 30. Im nichtbelichteten Zustand wird daher die Kapazität,
die Jedem Streifen zugeordnet werden kann, stark verringert. Wenn der Bereich, z.B.
der Bereich 35f, belichtet wird, wird das fotoleitende Material in seinen hochleitenden
Zustand versetzt, es wirkt dann als eine relativ kleine Impedanz zwischen dem Leiterstreifen
30 und dem zugeordneten Ende, z.B. dem Ende 19f des betreffenden einen Streifens,
z.B. des Streifens 18f.
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Es kann nun Ladung vom durch die Schalterverbindung angeschlossenen
Streifen (18f) zur gemeinsamen Leitung 30a fließen, und es tritt am Ausgang der
Anordnung (Leiterstreifen 30) nur die Kapazität des betreffenden Streifens auf.
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Eine Bestrahlung mit Röntgenstrahlen wird durch Verwendung eines Lichtstrahls
40 durchgeführt, der alle Bereiche 35 zwischen den ähnlich angeordneten Enden 19
aller Streifen 18 und dem Leiterstreifen 30a belichtet, an den der Leiter 20 angeschlossen
ist. Der Strahl 40 kann durch Bestrahlung eines Spalts 41 künstlich erzeugt werden,
der zwischen einem Paar beabstandeter länglicher Elemente 42 ausgebildet ist, die
parallel zur Längsausdehnung des Leiterstreifens 30a angeordnet sind. Der Strahl
40 bewirkt auf diese Weise, daß Jeder parallele Streifen 18 leitend mit dem Leiterstreifen
30a und dessen zugeordnetem Leiter 20 gekoppelt wird, wobei das Potential der Bildspannungseinrichtung
28 zwischen der oberen Elektrode 14 (Figur 3) und der Vielzahl der parallelen Streifen
18 auftritt. Es sei bemerkt, daß die Wellenlänge und die Intensität des Lichtstrahls
40 derart gewählt sind, daß ausreichend viel Elektron/Lochpaare im Selen in den
Bereichen 35 erzeugt werden, um diese Bereiche hochleitend zu machen; der verbleibende
fotoleitende Bereich, der durch die Breite W und eine Länge difiniert ist, die geringfügig
kleiner als die Länge Li der Streifen ist (da die Enden 19 der Streifen vom Strahl
40 bestrahlt werden), verbleibt unbelichtet und in einem isolierenden Zustand. Die
differentiell
absorbierten Röntgenstrahlen werden so in ein Ladungsbild
umgewandelt, das auf der Oberfläche 15b der fotoleitenden Schicht benachbart dem
mit Gas gefüllten Spalt 16 niedergelegt wird.
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Es wird nun auf Figur 3 Bezug genommen, bei der gleiche Bezugszeichen
verwendet werden. Nach einer Bestrahlung mit Röntgenstrahlen wird der erste Schalter
S1 geöffnet, und ein dritter Schalter S3, der sich im Stand der Technik nicht findet,
wird geschlossen, um die erste Elektrode 14 an elektrisches Erdpotential zu legen.
Die erste Elektrode 14 wird veranlaßt, sich in Richtung des Pfeils B auf die obere
Oberfläche 15b der fotoleitenden Schicht hin zu bewegen im Gegensatz von der stationären
ersten Elektrode des Stands der Technik, bis die sich gegenüberstehenden Oberflächen
der ersten Elektrode 14 und die obere fotoleitende Schichtoberfläche 15b einen Abstand
C voneinander aufweisen, der kleiner als etwa 25 Mikrometer ist. Der belichtende
Lichtstrahl 40 (Figur 2b) wird nun gelöscht, wodurch der Leiterstreifen 30a wieder
elektrisch von Jedem der parallelen Streifen 18 isoliert ist.
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Die auf der Oberfläche 15b der zweiten Elektrode gespeicherte Ladung
wird mittels einer Abtasteinheit 50 ausgelesen, die in Figur 2b dargestellt ist.
Die Abtasteinheit 50 enthält eine Lichtquelle 51, z.B. einen Laser oder dergleichen,
der einen dünnen Lichtstrahl 52 emfftiert, eine Strahlaufspalt -einrichtung 53,
die derart angeordnet ist, daß sie den Strahl 52 empfängt und einen Teil 52a des
Strahls zur Belichtung eines Bereiches 35 zwischen einem ausgewählten Streifenende
19 und dem Querstreifen 30a weiterleitet. Der restliche Teil 52b des Strahls durchläuft
die Strahlaufspalteinrichtung 53 und wird durch eine Linsenanordnung 54 als Lichtstrahl
55 fokussiert, der auf jede sequentielle Fläche einer vielflächigen Spiegeleinrichtung
56 auftrifft, z.B. auf den in Fig.
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2b dargestellten Hexagonalspiegel, der in Richtung des
Pfeils
R, z.B. im Uhrzeigersinn, um eine zentrale Schwenkachse 57 gedreht wird. Die Lichtquelle
51, die Strahlaufspalteinrichtung 53, die Linsenanordnung 54 und die rotierende
Reflexionseinrichtung 56 werden z.B. durch eine Platte (aus Vereinfachungsgründen
nicht dargestellt) in derselben Ebene fixiert, die parallel zu der durch die Isolierschicht
17 definierten Ebene ist, auf der die Vielzahl der parallelen Streifen 18 angeordnet
ist. Es sei bemerkt, daß die Abtasteinrichtung 50 das Element 22, die mehreren optischen
Fasern 24 und die Lichtquelle 26 des in den Figuren 1a und 1b dargestellten Stands
der Technik ersetzt.
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Das Ladungsbild wird dadurch ausgelesen, daß die Abtasteinrichtung
50 am Anfang an einen Punkt bewegt wird, bei dem ein Teil 52a des Strahls auf den
fotoleitenden Schichtbe -reich zwischen dem gemeinsamen Querstreifen 30a und einem
ersten der Streifen 18, z.B. dem Streifen 18a auftrifft (Fig. 2b). Wenn sich die
Spiegelanordnung 56 dreht, wird der fokussierte Strahl 55 zu Anfang als Strahl 58a
reflektiert, der auf ein Ende, z.B. das dem Streifen 30a zunächst liegende Ende
19a des abzutastenden Streifens 18a liegt.
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Die in der Nähe des Endes 19a gespeicherte Ladungsmenge wird über
den belichteten (und damit leitenden) überlagerten Teil der fotoleitenden Schicht
21, durch den leitenden Streifen 18, den belichteten Bereich 35a und den quer laufenden
Leiterstreifen 30a zur externen Ausleseverstärkereinrichtung 29 geleitet. Wenn sich
der Spiegel dreht, wird der reflektierte Strahl 58 längs der Länge des länglichen
Streifens 18, z.B. in Richtung auf das entgegengesetzte Ende 19a' des Streifens
18a bewegt und bewirkt, daß die in dem kleinen Bereich der fotoleitenden Schicht
unmittelbar über dem belichteten Teil des einzelnen Streifens gespeicherte Ladung
über den quer verlaufenden Leiterstreifen 30a ausgelesen wird.
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Während also der Spiegel sich dreht, bewegt sich der Strahl in eine
Stellung, bei der der reflektierte Strahl 58b auf
den Streifen
18 ungefähr in der Mitte seiner Länge auftritt und er liest dabei die Ladung des
unmittelbar darüber gespeicherten Ladungsbildes aus. Die weitere Drehung bewirkt,
daß der reflektierte Strahl 58c schließlich am entgegengesetzten Ende 19a' des Streifens
auftrifft und nur dieJenige Ladung ausliest, die in dem schmalen Bereich unmittelbar
über dem entgegengesetzten Ende des Streifens gespeichert ist.
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Nachdem ein erster Streifen abgetastet wurde, wird die Platte, welche
die Abtasteinrichtung 50 hält, mechanisch in Richtung des Pfeils S (Figur 3) quer
zur Längsabmessung des Streifens 18 und parallel zur Längserstreckung des Leiterstreifens
30 durch die Abtastvorrichtung 27' verschoben, wodurch der Teil 52a des Strahls
derart bewegt wird, daß er auf den nächsten Bereich 35, z.B. 35b, auftrifft, der
dem nächst benachbarten Streifen 18, z.B. 18b zugeordnet ist, wobei der nächste
Streifen dann von seinem ersten Ende 19b bis zu seinem gegenüberliegenden Ende 19b'
abgetastet wird. Die Abtastvorrichtung 27' verschiebt sequentiell die Abtastein
-richtung 50 in Richtung S, um den Strahl längs der Längsausdehnung Jedes sequentiellen
Streifens 18 zu richten, während der zugeordnete Bereich 35 belichtet wird, um zu
bewirken, daß Ladung zum quer verlaufenden Leiterstreifen 30a fließen kann. In dieser
Weise findet eine zweidimensionale Abtastung über die fotoleitende Schicht statt,
welche das Ladungsbild trägt. Die abgetastete Ladung wird durch einen strommessenden
Operationsverstärker 60 (Figur 2c) in eine Ausleseeinrichtung 29 gegeben, und die
resultierenden elektrischen Signale (einschließlich derJenigen Signale, die den
abgetasteten Streifen und die Abtastposition längs des Streifens kennzeichnen),
lassen sich durch eine entfernt angeordnete Datenspeichereinheit (nicht dargestellt)
bearbeiten, welche die Größe der Ladung Jedes sequentiellen Streifens zur Verarbeitungt
Aufzeichnung und/oder zur Anzeige
empfängt und speichert. Es sei
bemerkt, daß diese Ladungsausleseanordnung sich bei Jeder beliebigen Einrichtung
einsetzen läßt, auf deren Oberfläche durch irgendwelche beliebigen Einrichtungen
ein Ladungsbild ausgebildet wurde.
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Durch Verwendung der parallelen Streifen 18, die in sequentieller
Art und Weise an den Leiterstreifen 30a angekoppelt sind, z.B. durch Verwendung
der Abtasteinrichtung 50, wird der an die zweite Elektrode angekoppelte Kapazitätsbereich
um etwa drei Größenordnungen reduziert. Eine Verringerung der Kapazität ist erforderlich,
um den den Strom messenden Operationsverstärker 60 zu stabilisieren. Die auslesbare
Ladung kann dadurch beträchtlich erhöht werden, daß der Spaltabstand C (Figur 3)
auf den oben genannten Wert von weniger als ungefähr 25 Mikrometer reduziert wird.
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Der Betrieb der erfindungsgemäßen zweiten Elektrode läßt sich unter
Bezugnahme auf Figur 2c und bei Betrachtung der äquivalenten Schaltung der die erfindungsgemäße
Elektrode 15' verwendenden Einrichtung besser verstehen. Eine erste äquivalente
Kapazität C1 stellt die Kapazität zwischen der oberen Elektrode 14 (die während
des Ladungsauslesevorgangs auf Massepotential gehalten wird) und der oberen Oberfläche
15b der fotoleitenden Schicht dar. Die restliche Kapazität C2 stellt die äquivalente
Kapazität zwischen der Oberfläche 15b und der Leitung 20 dar. Die entsprechenden
äquivalenten KRpazitäten C1 und C2 enthalten entsprechende Ladungsdichten und und
C2 wobei die Gesamtladungsdichte ff auf der fotoleitenden Schicht gleich der Summe
61 bzw. a 2 ist. Das Belichten eines schmalen Bereichs der fotoleitenden Schicht
durch den reflektierten Strahl 58 ist mit dem Schließen eines Schalters S parallel
zur Kapazität C2 äquivalent, die zwischen der Oberfläche 15b der fotoleitenden Schicht
und der gemeinsamen Leitung 20 vorhanden ist. Das Schließen des Schalters S bewirkt,
daß die Ladungsdichte2 über den Schalter dissipiert, während die Ladungsdichte &1
der anderen
Kapazität C1 sich über den Schalter S an den Eingang
des Operationsverstärkers entlädt, der den Kreis für den Stromfluß vervollständigt.
Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Ausgangsstrom dadurch gewonnen, daß der Wert
der ersten Kapazität C1 und deren zugeordnete Ladungsdichte di1 1 erhöht wird, wobei
die Erhöhung dieser Kapazität dadurch erleichtert wird, daß die obere Elektrode
14 in Richtung auf die zweite Elektrodenoberfläche 15b bewegt wird, bis ein Trennabstand
C hierzwischen erreicht ist. Die auslesbare Ladung die als Strom an den Eingang
des Operationsverstärker 60 fließt, lautet somit al= (aCl) / (C1+C2) .
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Der Eingangs strom wird in eine Verstärkerausgangsspannung V0 umgewandelt,
und es erfolgt eine Kompensation der Kapazität der Anordnung durch Wirkung einer
Rückkopplungskapazität CF und eines Rückkopplungswiderstands RF in bekannter Weise.
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Auf die Bewegung der ersten Elektrode 14 vor dem Abtasten der parallelen
Streifen 18 mittels der Einrichtung 50 kann gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
die in Figur 3 dargestellt ist, verzichtet werden. In dieser Ausführungsform wird
ein leitendes Raster 70, das aus metallischem Material oder dergleichen erzeugt
ist, immer während einen Abstand C' über der oberen Oberfläche 15b der zweiten Elektrode
positioniert. Der Abstand C' ist von der Größenordnung (T/6,3),wobei T die Dicke
des fotoleitenden Materials über dem Streifen 18 ist. Während der Bestrahlung durch
Röntgenstrahlen wird das Raster 70 mittels Kopplung durch einen Potentialteiler
71 parallel zur Quelle 28 bezüglich der ersten Elektrode 14 auf einem Potential
gehalten, welches etwas kleiner als das Potential zwischen der ersten und der zweiten
Elektrode 14 bzw. 15 ist. Die Größe des Rasterpotentials wird derart eingestellt,
daß sich eine minimale
Auswirkung auf die Größe und Auflösung der
durch Röntgenstrahlen erzeugten Ladung ergibt, die sich auf der zweiten Elektrode
15' ansammelt. Nach Belichtung, Jedoch vor dem Entfernen des Strahls 40 und im Anschluß
an die optische Abtastung der zweiten Elektrode wird der Rasterschirm 70 durch Schließen
des Schalters S4 auf Massepotential gelegt.
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Es sei bemerkt, daß das Raster fein genug ist, um die gewünschte Auflösung
des ausgebildeten Ladungsbildes zu erhalten, und daß das feine Raster über der Oberfläche
15b der fotoleitenden Schicht durch Herstellung eines isolierenden Trägergitters
72 aus Glas oder dergleichen auf der Selenoberfläche 15b angeordnet werden kann,
dessen Dicke in dem Bereich des Abstands C' ist, um die Erzeugung von Mikrophonierauschen
zu verringern, das von einem nicht abgestützten Raster herrührt.
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Es wird nun auf Figur 4 Bezug genommen, in der eine weitere bevorzugte
Ausführungsform 15" der erfindungsgemäßen zweiten Elektrode eine Vielzahl von Rasterstreifen
80 enthält, die auf der oberen Oberfläche 17a der Isolierschicht 17 erzeugt sind
und innerhalb einer zusätzlichen Isolierschicht 81, ebenso aus Glas oder gleichartigen
Materialien, die darauf angeordnet werden, "vergraben" (buried) sind. Die Vielzahl
der leitenden und transparenten Streifen 18 wird auf der oberen Oberfläche 81a der
zusätzlichen Isolierschicht in einer solchen Art und Weise hergestellt, daß sie
von oben gesehen in den Zwischenabständen zwischen den Rasterstreifen 80 angerdnet
sind. Die leitenden Streifen 18 gemäß dieser Ausführungsform können eine relativ
kleine Breite im Vergleich zu dem Streifen/ Streifenabstand besitzen, die Streifen
können z.B.
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eine Breite W in der Größenordnung von 3 Mikrometern be -sitzen, während
ein Trennabstand X in der Größenordnung von 100 Mikrometern vorgesehen ist, um die
Ausgangskapazität, die der Verstärker sieht, weiter zu reduzieren. Die Rasterstreifen
80 werden innerhalb der Isolierschicht vergraben, die durch die Schichten 81 und
17 ausgebildet ist, wodurch
Ladung von den Schichten 21 aus fotoleitendem
Material, die über den parallelen Streifen 18 angeordnet sind, nicht in die Rasterstreifen
80 fließen können. Während der Ab -lagerung von Ladung auf der oberen Oberfläche
15b der fotoleitenden Schicht, die gemäß den differentiell absorbierten Röntgenstrahlen
erfolgt, werden die Rasterstreifen 80 auf einem Potential bezüglich den parallelen
Streifen 18 gehalten, wodurch sich die Ladung primär in den Bereichen der Oberfläche
15b über den Rasterleitern 80 ansammelt, wodurch der Großteil der Gegenladungen,
d.h. derjenigen Ladung, an denen die von der angesammelten Ladung auftretenden Kraftlinien
enden, auf den Rasterstreifen 80 und nicht auf der Vielzahl der parallelen Streifen
18 entsteht, um eine Be -dingung für die Maximierung der auslesbaren Ladung zu verwirklichen.
Während des Abtastvorgangs wandert die auf der Oberfläche 15b angesammelte Ladung
primär parallel zur Ebene dieser Oberfläche und nicht senkrecht zu dieser Oberfläche,
wie bei den oben geschilderten Ausführungsformen, um die leitenden Streifen 18 zu
erreichen. Es sei bemerkt, daß, da die leitenden Streifen 18 sehr schmal sind, sie
nun nicht optisch transparent sein müssen, da die Ladung um die relativ schmalen
Streifen aufgrund von Ladungsträgerdiffusion herumfließen, und am Ende der Anregung
Jedes Streifens wird die Ladung von der Oberfläche 15b zu dem Streifen und damit
durch den Verstärker zum Massepotential abgeflossen sein. Es sei bemerkt, daß diese
Ausführungsform eine gewisse Vereinfachung der Anordnung mit sich bringt, da sie
ohne die Vielzahl der fotoelektrischen Schalterbereiche 35 (Figur 2a) zwischen den
einzelnen der aufeinanderfolgenden Streifen 18 und dem gemeinsamen, quer verlaufenden
Leiterstreifen 30a verwendbar ist, sofern eine gewisse Verschlechterung des Signal/Rauschverhaltens
akzeptierbar ist. Zur Verwirklichung des besten Signal/Rauschverhaltens werden jedoch
in der Anordnung optisch schaltbare Bereiche 35 verwendet. Es sei ferner bemerkt,
daß die Vielzahl der Rasterstreifen 80 durch eine
kontinuierliche,
transparente, leitende Schicht ersetzt werden kann, die auf der Oberfläche 17a der
Schicht 18 angeordnet wird, um die Anordnung leichter und ohne wesentliche Änderung
der Betriebsbedingungen herstellen zu können, vorausgesetzt, das relativ große Verhältnis
von Trennabstand zu Breite, welches für die parallelen Streifen 18 genannt wurde,
bleibt beibehalten.
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Die erfindungsgemäße Elektrode nach den Figuren 2 und 2a besaß z.B.,
beim Einsatz in der bekannten Anordnung, ein Signal/Rauschverhältnis von etwa 30
bei einem Bildelement mit einer Fläche in der Größenordnung von 10 4 cm2, und bei
einem Röntgenstrahlfuß von etwa 1 mR, der auf eine Bildkammer 16 auftrifft, welches
ein Material mit einer Quantenabsorption von etwa 30 96 besitzt. Als Abtasteinrichtung
50 zum Abtasten von etwa 1 x 106 Punkten pro Sekunde, wobei die Abtasteinrichtung
50 einen Laser (im kontinuierlichen oder im Impulsbetrieb arbeitend) verwenden kann,
erzeugt eine TV-Lichtpunkt-Abtasteinrichtung oder dergleichen mit einer Verstärkerbandbreite
in der Größenordnung von 1 MHz, bei der erzeugten Ladungsdichte von etwa 2 nC/cm2
einen Spitzenstrom in der Größenordnung von 50 Nanoampere. Es zeigte sich eine vernachlässigbare
Verschlechterung des Signal/Rauschverhältnisses des Ladungsbildes, sofern ein Strommeßverstärker
(z.B.
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ein Philbrick, Modell Q25 AH)verwendet wurde, der ein Stromrauschen
von weniger als 1 Nanoampere bei einer Bandbreite von 1 MHz aufwies. Das resultierende
Anordnung/Verstärkersystem trägt vernachlässigbares Verstärkerrauschen selbst bei
Werten der Röntgenstrahldosen bei, die beträchtlich unterhalb dem oben genannten
1 mR-Wert lagen, so daß hohe Signal/ Rauschverhältnisse bei medizinisch wünschenswerten
Bestrahlungswerten verwirklicht sind.
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