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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung
mit einer Matrix, welche horizontale Reihen und vertikale
Säulen von Bildaufnahmeelementen umfaßt, sowie Mittel zur
Zuführung von Taktsignalen zu der Matrix von
Bildaufnahmeelementen zur Überleitung von Bildinformationen in der
Säulenrichtung in dem Zeit-Verzögerungs- und -Integrations-
Modus, Mittel zur ständigen Auslesung von Bildinformationen
aus einer Säule, wobei jede Säule von Bildaufnahmeelementen
zumindest zwei Bereiche umfaßt, welche Bildaufnahmeelemente
enthalten.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-A-4,280,141
bekannt. Die hierin beschriebene Vorrichtung umfaßt für jede
Säule drei Bereiche in Linie von jeweils drei
Aufnahmeelementen. Durch Steuerung des Taktsignals, welches auf die
Vorrichtung aufgebracht wird, ist es möglich, die Richtung
zu steuern, in welcher Ladungen von einem Aufnahmeelement zu
dem nächsten in einer Säule übertragen werden und diese
separat für jeden Bereich einer Säule. Ein Ausleseregister ist
an jedem Ende einer Säule vorgesehen. Während des Betriebes
empfängt nur eines der Ausleseregister für eine bestimmte
Säule Veränderungen, welche in dem Zeit-Verzögerungs- und
-Integrations-Modus integriert haben, während das andere
Ausleseregister für diese Säule Ladungen empfängt, welche
nicht in dem Zeit-Verzögerungs- und Integrations-Modus
integriert haben.
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Bei der Radiographie oder Röntgenaufnahme ist das Führen
eines flachen, fächerförmigen Strahles einer
Röntgenstrahlung über einen zu untersuchenden Körper zu einer
Bildaufnahmevorrichtung, welche aus einer großen Anzahl von
Bildaufnahmeelementen besteht, welche in einer Linie angeordnet
sind, aus der US-A-4,179,100 bekannt. In diesem Falle
empfängt jedes Bildaufnahmeelement, falls gewünscht, nach
weiterer Verarbeitung die Strahlung, welche durch einen
korrespondierenden Teil des zu untersuchenden Körpers
durchgeleitet wurde. Als weitere Verarbeitung ist es für die
Strahlung möglich, in sichtbares Licht in einem
Röntgendetektor umgewandelt zu werden, beispielsweise, bevor es durch
die Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen wird. Im Falle einer
Bildaufnahmevorrichtung, welche aus einer großen Anzahl von
Bildaufnahmeelementen besteht, welche in einer Linie
angeordnet sind und beispielsweise Abmessungen von 0,1 x 0,1 mm
aufweisen, ist die Belichtungszeit für jedes
Bildaufnahmeelement bei den üblichen Scann-Geschwindigkeiten eines zu
untersuchenden Körpers extrem kurz. Als Ergebnis ist das
Signal-/Rauschverhältnis des erhaltenen Bildes sehr schlecht
oder die Versorgungsladung wurde auf ungewünscht hohe
Niveaus angehoben, um ein besseres Signal-/Rauschverhältnis zu
erhalten. Um trotzdem ein akzeptables
Signal-/Rauschverhältnis für eine relativ niedrige Versorgungsladung zu erhalten,
ist es erforderlich, die Röntgenquelle effektiver zu
verwenden, als dies mit einem fächerförmigen Strahl möglich
ist, welcher nur eine Dicke in der Größenordnung eines
Bildaufnahmeelementes hat.
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Unter Verwendung einer Bildaufnahmevorrichtung, welche eine
Matrix umfaßt, welche Reihen und Säulen von
Bildaufnahmeelementen aufweist, deren Ladung während einer vorgegebenen
Zeitdauer in einem bestimmten Aufnahmeelement als Ergebnis
der Strahlung, welche während der Zeitdauer von dem
Bildaufnahmeelement
empfangen wurde, ausgebildet wurde, während
einer Auslesezeit zu einem benachbart zugeordneten
vertikalen Schieberegister übertragen wird, ist aus dem US-Patent
4,383,327 bekannt. Dies erfolgt während der Auslesezeitdauer
für alle Bildaufnahmeelemente in jeder Reihe. Eine
Relativbewegung zwischen dem Körper und den Bildaufnahmeelementen
wird auch zwischen die nachfolgenden Zeitperioden
übergebracht, so daß der gleiche Teil des zu untersuchenden
Körpers an der nächsten Reihe von Bildaufnahmeelementen während
der nachfolgenden Zeitperiode abgebildet wird. Es ist auch
möglich in an sich bekannter Weise, die Funktion der
Umwandlung von Strahlung in Ladung und die Funktion der
Übertragung von Ladung in ein vertikales CCD-Shift-Register zu
kombinieren. Die Ladung in dem Shift-Register steuert nach,
so daß auf diese Weise während nachfolgender Zeitperioden
eine Ladung durch die nachfolgenden Bildaufnahmeelemente in
einer Säule in dem zugeordneten Shift-Register akkumuliert
wird. Die akkumulierte Ladung ist die Summe der Ladung,
welche durch einen speziellen Teil (einen Bildpunkt) des zu
untersuchenden Körpers während der nachfolgenden Zeitperioden
übertragen wird.
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Dieses Verfahren der Abscannung wird TDI (Zeit-Verzögerung
und Integration) genannt und erscheint im speziellen
besonders geeignet zur Verwendung bei der Untersuchung von
Körpern durch Röntgenstrahlung, wobei es möglich ist, ein
brauchbares Bild auszubilden, trotz der Tatsache, daß jedes
Bildaufnahmeelement für sich nur eine sehr geringe
Ladungsmenge in Abhängigkeit von der empfangenen Strahlung erzeugt.
Für eine vergleichende Diskussion des TDI-Prinzips wird
Bezug auf das US-Patent 4,383,327 genommen.
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Die Erzeugung sogenannter Doppel-Energie-Röntgenbilder durch
abwechselnde Aufbringung zweier unterschiedlicher
Hochspannungswerte, beispielsweise 70 kVp und 130 kVp auf eine
Röntgenstrahlenquelle, wobei die jeweiligen
Hochspannungswerte Röntgenspektren mit unterschiedlichen
Energiemittelpunkten erzeugen, welche oft eine unterschiedliche Härte
bezeichnen, ist aus dem Artikel mit dem Titel "Computerisierte
Doppelenergie-Bilderzeugung: Eine technische Beschreibung"
von J. Coumans et.al. in Medicamundi, Vol. 27, Nr. 3, 1982
bekannt. Durch aufeinanderfolgende Bestrahlung eines zu
untersuchenden Körpers mit Röntgenstrahlung mit einem ersten
Energiemittelpunkt und nachfolgend mit Röntgenstrahlung mit
einem zweiten Energiemittelpunkt, ist es möglich, die
erhaltenen Röntgenbilder beispielsweise mittels eines
Computers zu verarbeiten, so daß, wenn beispielsweise ein
menschlicher Körper bestrahlt wird, Knochen nicht abgebildet
werden, während Gewebe abgebildet wird, was dazu führt, daß es
möglich ist, Gewebeteile wesentlich klarer abzubilden,
welche, beispielsweise hinter Rippen gelegen sind. All dies
basiert auf der Tatsache, daß unterschiedliche Materialien,
beispielsweise im menschlichen Körper eine unterschiedliche
Absorption für Röntgenstrahlung mit unterschiedlicher Härte
aufweisen.
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Zusätzlich zu dem Erhalt von unterschiedlicher
Röntgenstrahlen-Energie mittels Umschaltung der Versorgungsspannung der
Röntgenstrahlungsquelle ist es auch möglich, von einer
Röntgenstrahlenquelle, welche mit einer einzigen
Versorgungsspannung betrieben wird, unterschiedliche Strahlenenergien
durch teilweises Ausfiltern des Röntgenstrahls zu erhalten,
welcher von der Quelle abgegeben wird, bevor dieser den zu
durchleuchtenden Körper erreicht. Als Resultat dieser
Vorgehensweise wird ein Strahl einer Röntgenstrahlung erhalten,
welcher in der Tat aus einem ersten und einem zweiten Unter-
Strahl besteht, welche jeweils eine erste bzw. eine zweite
Röntgenstrahlungs-Energie aufweisen. In diesem Falle besteht
der gefilterte Strahl im wesentlichen aus harter
Röntgenstrahlung, da die weiche Strahlung in einem Strahl mit einem
Filter abgefangen werden kann, während der ungefilterte
Strahl harte und weiche Strahlung enthält.
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Das Ziel der Erfindung ist es, eine Bildaufnahmevorrichtung
zu schaffen, welche nach dem oben beschriebenen TDE-Prinzip
arbeitet und welche zur Verarbeitung von Röntgenbildern
geeignet ist, welche mittels zweier Röntgenstrahlen-Energien
erhalten wurden.
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Zu diesem Zwecke schafft die vorliegende Erfindung eine
Bildaufnahmevorrichtung des obengenannten Typs, welche in
einem ersten Haupt-Ausführungsbeispiel dadurch
gekennzeichnet ist, daß jeder Bereich mit seinen eigenen
bereichsmäßigen Auslesemitteln versehen ist, wobei jedes der
bereichsmäßigen Auslesemittel gekoppelt ist, um gleichzeitig
Bildinformation von seinem zugeordneten Bereich auszulesen und
Bildinformation von den anderen Bereichen mittels derer
jeweiliger Auslesemittel, wobei die Bildinformation, welche
jede der bereichsmäßigen Auslesemittel erreicht, in dem
Zeit-Verzögerungs- und -Integrations-Modus erhalten wird,
und wobei jede Säule ein Bildaufnahmeelement breit ist.
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In einem Zweiten-Hauptausführungsbeispiel ist eine
erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Bereich mit seinen eigenen bereichsmäßigen
Auslesemitteln versehen ist, wobei jede der bereichsmäßigen
Auslesemittel gekoppelt sind, um gleichzeitig
Bildinformation von dessen zugeordneten Bereich auszulesen, und um
Bildinformation von den anderen Bereichen durch deren
jeweilige Auslesemittel auszulesen, wobei die Bildinformation,
welche jedes bereichsmäßige Auslesemittel erreicht, in dem
Zeit-Verzögerungs- und -Integrations-Modus erhalten wird,
und das die Bildaufnahmeelemente eines ersten Bereiches sich
über die gesamte Länge der Säule erstrecken und die
Bildaufnahmeelemente jedes nachfolgenden Bereichs sich nur über
einen kleineren Bereich der Länge der Säule erstrecken.
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Obwohl die Erfindung im speziellen für die gleichzeitige
Verarbeitung zweier Röntgenbilder verwendbar ist, welche mit
unterschiedlichen Röntgenstrahlungsenergien erhalten wurde,
wird auf die Tatsache hingewiesen, daß die Erfindung
bestimmt nicht auf die Verwendung bei Röntgenaufnahmen
beschränkt ist. Die Erfindung kann auch in all den Fällen
verwendet werden, in welchen Bilder abwechselnd mit
unterschiedlichen Spektralbereichen erhalten und in dem TDI-Modus
gescannt werden. In diesem Zusammenhang können diese
unterschiedlichen Spektralbereich in dem Bereich der
Röntgenstrahlung angeordnet sein, jedoch auch in dem Bereich des
sichtbaren oder infraroten Lichtes. Die Trennung in
unterschiedliche Spektralbereiche kann in diesen Fällen auch in
den Bereich des sichtbaren oder infraroten Lichtes
stattfinden, beispielsweise mittels Filterung. Gleichzeitig ist
es auch möglich, die Strahlung in mehr als zwei
Spektralbereiche aufzusplitten, beispielsweise das sichtbare Licht
in rotes, blaues und grünes Licht.
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Die Erfindung wird im einzelnen nachfolgend anhand zweier
exemplarischer Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die
Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
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Fig. 1 ein schematische Draufsicht auf eine einzelne TDI-
Säule einer Bildaufnahmevorrichtung, welche, gemäß
einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur
Ermittlung zweier unterschiedlicher
Röntgenstrahlen-Energien verwendbar ist, und
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Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine einzelne TDI-
Säule einer Bildaufnahmevorrichtung, welche, gemäß
einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur
Ermittlung zweier unterschiedlicher Röntgenstrahlen-
Energien verwendbar ist.
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Die Figur 1 zeigt eine einzelne Säule 1, welche aus
Bildaufnahmeelementen 2a bis 2m besteht. Eine vollständige
Bildaufnahmevorrichtung, welche nach dem TDI-Prinzip arbeitet,
umfaßt eine große Anzahl, beispielsweise n derartiger Säulen
nebeneinander, so daß die gesamte Bildaufnahmevorrichtung
aus einer Matrix von m x n besteht. Ein Bus 3 ist
vorgesehen, um Taktsignale zu jeder Säule und zu jedem
Bildaufnahmeelement der Bildaufnahmevorrichtung zuzuleiten, um die
Bildinformation von einem Bildpunkt eines durch
Röntgenstrahlung zu durchstrahlenden Körpers in der Säulenrichtung
in bekannter Weise in dem TDI-Modus von dem
Bildaufnahmeelement 2a zu dem Bildaufnahmeelement 2m zu überführen.
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Jede der Säule, wie etwa die Säule 1, können so ausgebildet
sein, daß jedes Bildaufnahmeelement in der Säule die
Funktion der Umwandlung von Licht in Spannung durchführt, sowie
die Funktion der Überführung der Ladung in der
Säulenrichtung-Untersteuerung des Taktsignals, bekannt als
CCD-Techniken. Es ist jedoch auch möglich, dafür zu sorgen, daß jedes
Bildaufnahmeelement exklusiv die Umwandlung von Licht in
Spannung durchführt, während nächst zu jeder Säule von
Bildaufnahmeelementen ein vertikales CCD-Shift-Register
vorgesehen ist, welches kontinuierlich eine Ladung von einem
benachbarten Bildaufnahmeelement empfängt, um diese
schrittweise in der Säulenrichtung weiterzuleiten, so daß auf diese
Weise zu der Ladung, welche für einen speziellen Bildpunkt
des zu durchleuchtenden Körpers steht, die Möglichkeit
besteht, die Ladung von diesem einen Bildpunkt von dem
nachfolgenden Bildaufnahmeelement in jedem Falle während jedes
Überleitungsschrittes zu addieren.
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Die Röntgenstrahlenquelle, welche nicht dargestellt ist und
welche in Verbindung mit der Bildaufnahmevorrichtung gemäß
Fig. 1 arbeitet, ist so ausgebildet, daß sie zwei flache
Röntgenstrahlen abstrahlt, von denen der eine Strahl aus
relativ harter, gefilterter Strahlung besteht, und der andere
aus kombinierter harter und weicher Strahlung, so wie dies
beispielsweise in der holländischen Patentanmeldung
8,401,946 beschrieben ist. In diesem Falle ist die
Bildaufnahmevorrichtung bezüglich der beiden Strahlen so positioniert,
daß das Licht, welches unter dem Einfluß der weichen
Strahlung erzeugt wird, immer die Bildaufnahmeelemente 2a...2i
(i< m) erreicht und das Licht, welches von der kombinierten
Strahlung stammt, die Bildaufnahmeelemente 2i+1...2m
erreicht, wobei, beispielsweise i = m/2.
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An der Stelle der Bildaufnahmeelemente 2i in der Säule 1 ist
ein Schalter, beispielsweise ein MOSFET vorgesehen, welcher
nur schematisch mit dem Bezugszeichen 4 dargestellt ist und
mittels der Taktsignale gesteuert werden kann. In einer
ersten Stellung dieses Schalters wird die Ladung gemäß dem
üblichen TDI-Modus von dem Bildaufnahmeelement 2m überführt
und kann von dem Bildaufnahmeelement 2m durch ein
horizontales Shift-Register 6 ausgelesen werden, welches so
ausgebildet ist, daß es die Ladung von dem letzten
Bildaufnahmeelement jeder Säule ausliest und diese an einen Ausgabe-Bus
7 überführt, wobei die Bildinformation von den Bildpunkten
eines zu durchstrahlenden Körpers deshalb in Reihen
bereitgestellt wird, das heißt bezüglich eines linearen Teils des
Körpers. In dieser ersten Stellung des Schalters 4 ist es
offensichtlich nicht möglich, zwischen einer
Bildinformation, welche von der harten oder von der kombinierten
Röntgenstrahlung stammt, zu unterscheiden.
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Wenn jedoch der Schalter 4 in der zweiten Stellung ist, ist
keine Ladungsübertragung von dem Bildaufnahmeelement 2i zu
dem Bildaufnahmeelement 2i+1 möglich. Der Schalter 4 ist
jedoch in derartiger Weise verbunden, daß die Ladung von dem
Bildaufnahmeelement 2i dann zu einem Leitungskanal 8
übertragen wird, welcher in dem Halbleitersubstrat ausgebildet
ist, welches die Bildaufnahmeelemente, und welcher die
Bildinformation
von dem Bildaufnahmeelement 2i zu einem zweiten
horizontalen Shift-Register 9 überträgt, welches einen
Ausgangsanschluß 10 aufweist. Die Information von den
Bildaufnahmeelementen 2a...2i ist repräsentativ für die Menge an
harter Röntgenstrahlung, welche durch einen Bildpunkt des zu
durchleuchtenden Körpers durchgeleitet wird. Das
Shift-Register 9 ist in der Lage, diese Information von jedem
Bildaufnahmeelement 2i der Säulen 1a-1n auszulesen und sie
schrittweise in üblicher Weise einem Ausgangsanschluß 10
zuzuführen.
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In der zweiten Stellung des Schalters 4 empfangen die
Bildaufnahmeelemente 2i+1...2m exklusiv das Licht, welches durch
die kombinierte Röntgenstrahlung gebildet wird, so daß das
Shift-Register 6 nun, von dem Bildaufnahmeelement 2m
Bildinformation von dem Bildaufnahmeelementen 2i+1...2m
empfängt, welche repräsentativ ist für die Menge von
kombinierter Strahlung, welche durch den Bildpunkt des zu
durchstrahlenden Körpers durchgeleitet wird.
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Durch optionale Kombination der Ausgangssignale von den
Shift-Registern 6 und 9 auf dem Halbleitersubstrat kann die
Bildinformation der harten Röntgenstrahlung und die der
weichen Röntgenstrahlung durch einen einfachen
Subtraktionsvorgang voneinander getrennt werden, so daß sie
weiterverarbeitet werden können.
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Um irgendwelche Unterschiede in der Empfindlichkeit der
Bildaufnahmeelemente für harte und kombinierte
Röntgenstrahlung zu kompensieren oder um in anderer Weise einen
Normalisierungsfaktor einzuführen, kann die Stellung des Schalters
4 in einer willkürlichen Stellung längs der Säule gewählt
werden, so daß es deshalb nicht notwendig ist, daß i = m/2.
Es ist auch möglich, eine Anzahl von Schaltern 4 für eine
Anzahl von Bildaufnahmeelementen der Säule 1 vorzusehen,
wobei
es möglich ist, falls erwünscht, einen der Schalter in
der zweiten Stellung einzustellen, um zu bewirken, daß ein
erster Säulenbereich eine erste Röntgenstrahlungsenergie
ermittelt, und ein zweiter Säulenbereich eine zweite
Röntgenstrahlungsenergie feststellt. In diesem Falle ist
selbstverständlich ein Leitungskanal 8 vorgesehen, welcher die Ladung
von jedem der Bildaufnahmeelemente empfangen kann, welchen
der Schalter 4 zugeordnet ist.
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Anstelle der Anordnung des Shift-Registers 6 an einem Ende
und des Shift-Registers 9 an dem anderen Ende der Säule ist
es möglich, beide Shift-Register 6 und 9 an einem Ende einer
Säule zu plazieren.
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Die Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels, bei welchem, zum Zwecke der
Vereinfachung, nur die Oberfläche einer einzigen TDI-Säule 11 einer
Bildaufnahmevorrichtung gezeigt ist, während die
zugeordneten Shift-Register und der Taktsignal-Bus ebenfalls
weggelassen wurden, da die Verarbeitung der durch die Anordnung
gemäß Fig. 2 erhaltenen Bildinformation in gleicher Weise
erfolgen kann, wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1.
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Die Säule 11 umfaßt einen Bereich 11a, welcher
Bildaufnahmeelemente 12a-12m enthält, sowie einen Bereich 11b, welcher
Bildaufnahmeelemente 12'i-12'm enthält, wobei i < m. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel ist die
Röntgenstrahlungsquelle so ausgebildet und bezüglich der Säule 11
positioniert, daß ein Bereich der Säule, beispielsweise der
Bereich, welcher in Fig. 2 durch A gezeichnet ist, kombiniert
wird, das heißt harte und weiche Röntgenstrahlung empfängt,
und der Bereich, welcher mit B gekennzeichnet ist nur
gefilterte, harte Röntgenstrahlung empfängt. Die
Bildaufnahmeelemente 12a-12i in dem Bereich A des Bereichs 11a der Säule
11 erstrecken sich in diesem Falle über eine größere Breite
als die Bildaufnahmeelemente in dem jeweiligen Bereich 11a
und 11b in dem Bereich B.
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Die Bildaufnahmeelemente 12m des Säulenbereichs 11a liefern
nun eine Ladung, welche repräsentativ ist für die Summe von
Strahlung, welche durch die kombinierte Röntgenstrahlung
erzeugt wurde, welche von dem Bildaufnahmeelementen 12a-12i
empfangen wurde, und der Strahlung, welche durch die harte
Röntgenstrahlung erzeugt wurde, welche durch die
Bildaufnahmeelemente 12i-12m empfangen wurde. Das
Bildaufnahmeelement 12'm des Säulenbereichs 11b liefert eine Ladung, welche
repräsentativ ist für das Licht, welches durch die harte
Strahlung erzeugt wird, welches durch die
Bildaufnahmeelemente 12'i- 12'm empfangen wurde.
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Wenn, wie in Fig. 2, die Oberfläche des Bereichs 11a
dreifach größer ist als die des Bereichs 11b und für die
Oberfläche des Bereichs 11b als eine Einheit gewählt ist,
liefert das Bildaufnahmeelement 12b eine Ladung, welche dreimal
die Information enthält, welche sich aus der harten
Röntgenstrahlung ergibt, und zweimal die Information, welche sich
aus der weichen Röntgenstrahlung ergibt, und das
Bildaufnahmeelement 12'm liefert eine Ladung, welche einmal die
Information enthält, welche sich aus der harten
Röntgenstrahlung ergibt. Die Information von den jeweiligen
Bildaufnahmeelementen 12m und 12'm kann in gleicher Weise wie in dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verarbeitet werden, falls
gewünscht, auf dem Chip, welcher die Bildaufnahmevorrichtung
enthält. Der Vorteil des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2
liegt darin, daß kein separater Leitungskanal in dem Chip
notwendig ist, um die Ladung von einem Säulenbereich zu
einem Shift-Register zu übertragen, es ist auch kein Schalter
für dieses Ausführungsbeispiel nötig, um eine Verbindung
eines Bildaufnahmeelements mit dem Leiter zu ermöglichen.
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Obwohl die Bereiche 11a und 11b der Säule 11 in Fig. 2 ein
Flächenverhältnis von 3:1 haben, ist es selbstverständlich
auch möglich, die Verhältnisse unterschiedlich zu wählen,
unter der Voraussetzung, daß all dies so ausgebildet ist,
daß einer der beiden Bereiche nur eine spezielle
Röntgenstrahlungs-Energie empfängt, und daß der andere Bereich
beide Röntgenstrahlungsenergien empfängt.