Claims (4)
TABELLE I Physikalische Eigenschaften von Selen (2,3) Atomzahl Dichte (g cm ) Dielektrische Konstante Spezifischer Widerstand bei 2O°C (~cm) Wärmeleitfähigkeit bei 2O°C (WCm-1K"1) Optische Bandlücke (2V) Lichtabsorptionskante (AE) K-Absorptionskante (KeVJ 2 — 1 —1 Löcherbeweglichkeit (cm s ν ) 2 — 1 —1 Elektronenbeweglichkeit (cm s ν ) Energie zur Erzeugung von Ladungsträgern (eV) 34,25,7X4,6613-1O16X 10~310χ 10~32,32460012057 W = 2,67 xE+ 0,86 eV worin E die optische Bandlücke ist. Figur 2 zeigt den Detektor 10 mit Photonen 26 überflutet. Gleichzeitig ist eine negative Hochspannung, d.h., 2000 Volt, an den Anschluß 22 angelegt, folglich an den transparenten Leiter 20. Figur 2A, das elektrische Ersatzschaltbild für Figur 2, zeigt den Schalter 24 aufgrund von Licht 26 geschlossen. Das Potential Vs von -2000 Volt ist über den Elektroden 12 und 22 aufgeprägt. Figur 3 zeigt die Halbleiterdetektor-Sandwichstruktur 10, nachdem das Licht 26 ausgelöscht und die Leitungen 12 und 22 miteinander kurzgeschlossen worden sind. Die resultierende positive Oberflächenladung auf der amorphen Selenschicht ist schematisch durch eine gestrichelte Linie 28 dargestellt. Diese Oberflächenladung ist gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt. Figur 3A ist das Ersatzschaltbild von Figur 3. Der Detektor befindet sich in Dunkelheit und somit ist der Schalter 24 geöffnet dargestellt. Eine Diode 15 und eine Batterie 13 repräsentieren den Sperrkontakt bzw. das Potential des Sperrübergangs 11. Die ursprünglich auf dem Kondensator C2 vorhandene elektrische Ladung hat sich neu verteilt, derart, daß ein Teil dieser Ladung auf dem Kondensator C1 vorhanden ist, wobei der exakte Teil vom Verhältnis von C1 zu (C1 + C2) abhängt. Figur 4 zeigt den geladenen Detektor, wie er in Figur 3 dargestellt ist, in Verwendung als eine Bildaufnehmerstruktur für ein Röntgenbild. Ein gleichförmiger Röntgenstrahlungsfluß 30 wird mittels einer nicht gezeigten, herkömmlichen Strahlungsquelle, wie einer Röntgenröhre, erzeugt. Der Detektor kann mit jeglicher Strahlungsquelle arbeiten, die zur Erzeugung von Elektron-Loch- Paaren im Photoleiter in der Lage sind. Dieser gleichförmige Photonenfluß trifft auf einen Gegenstand 32 auf, der irgendein Gegenstand von Interesse sein kann, und tritt mit diesem in Wechselwirkung. Der Gegenstand 32 wird direkt über dem Detektor 10 angeordnet. Zur Vereinfachung ist der Gegenstand 32 als ein abgeflachtes Sphäroid gleichförmiger Dichte dargestellt. Figur 5 zeigt eine stark vergrößerte schematische Ansicht eines Teils der Detektorstruktur 10. von Figur 4. Ein modulierter Röntgenstrahlenfluß 34 von derjenigen Strahlung, die den Gegenstand 32 durchdrungen hat, erzeugt Elektron-Loch-Paare 36 in der Selenschicht 16. Figur 6 zeigt den Detektor 10 der Figur 4, nachdem die Röntgenstrahlungsexposition vollendet worden ist. Der Detektor speichert nun ein latentes Bild. Die das Bild aufweisende modulierte Obeiflächenladung ist schematisch durch eine gestrichelte Linie 38 mit einem Buckel dargestellt. Diese gestrichelte Linie repräsentiert die Potentialänderung, die durch die Elektron-Loch-Paare verursacht wird, die durch die Röntgenstrahlungsexposition erzeugt worden sind. Figur 7 zeigt den Detektor 10 mit einem latenten Bild, das als eine modulierte Oberflächenladung 38 gespeichert ist. Es ist ein dünnes Lichtstrahlenbündel 40 gezeigt, das die Oberfläche der Photoleiterschicht 16 in einem regelmäßigen Rastermuster abtastet. Bei der das experimentelle System Nr. 1 bildenden Ausführungsform der Erfindung wird dieses dünne Abtast- lichtstrahlenbündel von einem He-Cd-Laser erzeugt. Es versteht sich, daß das Photoneristrahlenbündel nicht kohärent zu sein braucht. Es kann von irgendeiner Frequenz sein, die zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren in der Photoleiterschicht 16 des Detektors 10 in der Lage ist. Eine Elektrode 41 ist mit elektrischer Masse verbunden und eine Elektrode 43 führt ein elektrisches Videosignal, dessen Wellenform eine Funktion der modulierten Oberflächenladung im Detektor 10 ist, die durch das Lichtstrahlenbündel 40 abgetastet wird. Ein Pfeil 42 zeigt die Richtung der Bewegung des Abtastlichtstrahlenbündels 40 an. Eine Ausgangswellenform 44 zeigt die Spannungsänderung des Ausgangsvideosignals, die durch das Abtasten des latenten Bildes mit dem Strahlenbündel erhalten wird. Figur 8 ist eine schematische, stark vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Detektorstruktur, die von dem Lichtstrahlenbündel 40 der Figur 7 abgetastet wird. Das Lichtstrahlenbündel 40 durchdringt den transparenten Leiter und den transparenten Isolator, um in dem vom Strahlenbündel bestrahlten Teil der Selenschicht 16 Elektron-Loch-Paare 36 zu erzeugen. Funktionsmäßig arbeitet der Detektor so, daß eine gleichförmige Oberflächenladung auf die Selenschicht 16 aufgebracht und dann zur Erzeugung eines latenten Bildes selektiv ein Teil dieser Oberflächenladung durch Röntgenstrahlungsexposition entladen wird. Wie in Figur 2 gezeigt ist, wird die Selenphotoleiterschicht leitend, wenn Lichtphotonen den Detektor 10 überfluten. Wenn, wie gezeigt, ein Potential von -2000 Volt zwischen der AIuminiumrückplatte (auf. Masse) und dem transparenten Leiter 20 (auf einem Potential von -2000 Volt) angelegt wird, wird der Detektor als Kondensator aufgeladen. Figur 2A zeigt, wie diese Ladung auf das System aufgebracht wird. Die Lichtflut 26 vergrößert die Leitfähigkeit in der Selenschicht 16. Die angelegte Spannung V3 beträgt -2000 Volt. Dies bewirkt, daß sich ;. eine Ladung über dem Kondensator C2 aufbaut, der die Kapazität zwischen der mit dem transparenten Isolator in Berührung stehenden Selenoberfläche und dem transparenten Leiter des Detektors darstellt. Der Kondensator C2 lädt sich somit auf ein Potential V£ von 2000 Volt auf. Nachdem der Kondensator C2 sich auf das Potential V aufgeladen hat, wird die Lichtflut beendet und der Detektor 10 in Dunkelheit gehalten. In Abwesenheit von Photonen wird die amorphe Selenschicht 16 nichtleitend und deren Dunkelwiderstand verhindert in Zusammenwirkung mit dem Sperrkontakt 11, daß die Oberflächenladung auf dem Selen abwandert. Dieser Zustand ist durch die Figuren 3 und 3A dargestellt. Nachdem sich der Detektor 10 in Dunkelheit befindet, werden die Anschlüsse 22 und 12 miteinander kurzgeschlossen. Dies bewirkt, daß sich die elektrische Ladung auf dem Kondensator C2 zwischen den Kondensatoren C2 und C1 neu verteilt, von denen dann jeder auf ein Potential aufgeladen wird, das halb so groß ist wie V ,d.h., 1000 Volt, wenn C1 = C2 ist. Der Kondensator C1 repräsentiert die Kapazität zwischen der Oberfläche der Photoleiterschicht und der Aluminiumhinterlegung 14. Diese Oberflächenladurig von 1000 Volt ist gleichförmig über die Oberfläche der Selenschicht verteilt. Diese Oberflachenladung wird über der Selenschicht aufrechterhalten, und zwar durch den hohen Dunkelwiderstand des Selens in Verbindung mit dem nun in Sperrichtung vorgespannten sperrenden Übergang an der Al-Se-Grenzflache. Das effektive Sperrpotential ist in den unten besprochenen experimentellen Systemen experimentell zu etwa 150 bis 300 Volt bestimmt worden. Der Widerstand R1, der den Widerstand der Selenschicht darstellt, wenn diese Licht ausgesetzt ist, ist relativ niedrig im Vergleich zu deren Dunkelwiderstand R2. Jedes den Photoleiter treffende Photon erzeugt in Abhängigkeit von seiner Energie eine spezifische Anzahl Elektron-Loch-Paare innerhalb der Photoleiterschicht 16 (siehe Tabelle II). Jedes Elektron-Loch-Paar entlädt einen Teil der Oberflächenladung an der Stelle, an der es erzeugt worden ist. Figur 4 zeigt, wie dieser Effekt benutzt wird, um dem Detektor ein latentes Bild aufzuprägen. 3O4S294 Figur 4 ist eine schematische Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Photonendetektorstruktur bei Verwendung als Bildauf nehmer in einem Röntgenstrahlungssystem. Ein gleichförmiger Fluß von Röntgenstrahlungsphotonen 30 wird bei seinem Hindurchdringen durch einen mit Röntgenstrahlung beaufschlagten Gegenstand 32 moduliert,, d.h. , teilweise absorbiert. Der modulierte RöntgenstrahlungsfIuß trifft dann auf den Detektor 10. Der Detektor 10 weist eine Oberflächenladung von 1000 Volt auf, wie es durch die Ladung 28 in Figur 3 dargestellt ist, die der Selenschicht 16 aufgeprägt ist. Wenn die Röntgenstrahlungsphotonen die Selenschicht treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare. Für monochromatische Röntgenstrahlen ist die Anzahl der erzeugten Elektron-Loch-Paare eine direkte Funktion der Zahl der die Selendetektorschicht treffenden Röntgenstrahlungsphotonen. Einige der Röntgenstrahlungsphotonen im gleichförmigen Fluß 30 werden vom Gegenstand 32 absorbiert. Somit enthält der die Photoleiterschicht 16 treffende modulierte Fluß Information über die interne Struktur des mit Röntgenstrahlung beaufschlagten Gegenstandes. Diese Information ist in der Anzahl Photonen enthalten, die einen jeden Teil des Detektors treffen. Figur 5 zeigt, wie dieser modulierte Röntgenstrahlungsfluß eine modulierte Oberflächenladung auf der Oberfläche des Detektors erzeugt. Der modulierte Röntgenstrahlungsfluß 34 er- zeugt Elektron-Loch-Paare 3 6 in der Selenschicht 16 des Detektors 1O.Die Anzahl der an jedem Punkt der Detektoroberfläche erzeugten ElektronrLoch-Paare ist eine Funktion der Zahl der auf die Photoleiterschicht auftreffenden Röntgenstrahlungsphotonen. Jedes Elektron-Loch-Paar 36 entlädt an dem Punkt, an welchem es erzeugt wird, einen Teil der der Photoleiterschicht aufgeprägten Oberflächenladung. Die größte Anzahl Elektron-Loch-Paare wird dort erzeugt, wo die Röntgenstrahlungsphotonen vom gleichförmigen Fluß 30 den Detektor ohne jegliche Absorption durch den mit Röntgenstrahlung beaufschlagten Gegenstand treffen. Eine kleinere Anzahl Röntgenstrahlungsphotonen trifft die Photoleiterschicht unter dem röntgenbestrahlten Gegenstand. Der Grad der Strahlungsundurchlässigkeit des röntgenbestrahlten Gegenstandes wird somit in der Oberflächenladung der Detektorstruktur nach der Röntgenstrahlungsexposition reproduziert. Figur 6 zeigt schematisch die modulierte Oberflächenladung der Detektorstruktur nach der im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 beschriebenen Röntgenstrahlungsexposition. Die Oberflächenladung ist dort niedriger, wo kein Gegenstand Röntgenstrahlungsphotonen absorbierte. Der röntgenbestrahlte Gegenstand, von dem angenommen wird, daß er gleichförmig opak (undurchlässig) gegenüber Röntgenstrahlen ist, absorbiert einen Teil des gleichförmigen Röntgenstrahlungsflusses. Dies führt dazu, daß unter dem Gegenstand weniger Elektron-Loch-Paare erzeugt werden und auf dem Detektor unter de τι röntgenbestrahl- ten Gegenstand ein β höhere Oberflächenladung erzeugt wird. Dies ist durch die die modulierte Oberflächenladung repräsentierende gestrichelte Linie 38 dargestellt. Figur 7 zeigt schematisch die Auslesemethode, die dazu verwendet wird, ein elektrisches Videosignal aus der modulierten Oberflächenladung abzuleiten, die das latente Bild auf einer erfindungsgemäßen Detektorstruktur bildet. Die Detektorstruktur wird in Dunkelheit gehalten und ein dünnes Lichtstrahlenbünde.L, vorzugsweise von einem Helium-Kadmium-Laser, erzeugt, wird zur Abtastung in einem regulären Rastermuster über die Oberfläche der Photoleiterschicht 16 geführt. Wenn sich das Abtastlichtstrahlenbündel 40 in der durch den Pfeil 42 gezeigten Richtung bewegt, erzeugt es einen kleinen, sich bewegenden Fleck auf der Oberfläche der Photoleiterschicht 16. Die Größe dieses Fleckes bestimmt die Auflösung des endgültigen Bildes. Es ist daher wünschenswert, daß diese Fleckgröße klein gehalten wird. Ein Laserstrahlenbündel 40 tastet die Oberfläche der Photoleiterschicht 16 ab und erzeugt Elektron-Loch-Paare, wie es im einzelnen durch Figur 8 dargestellt ist. Diese Elektron-Loch-Paare sind innerhalb der Photoleiterschicht beweglich und entladen einen Teil der Oberflächenladung. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewegen sich die Elektronen in Richtung zur positiv geladenen Selenoberfläche der Detektor-Sandwichstruktur 1o, Der Spannungsabfall, der über dem Widerstand erzeugt wird, der zwischen die am transparenten Leiter 20 befestigte Erdverbindung 41 und die an der leitenden Aluminiumrückplatte 14 befestigte Videoausgangselektrode 43 geschaltet ist, ist eine Funktion der Intensität der Oberflächenladung an dem Punkt, an welchem das Laserstrahlenbündel das Elektron-Loch-Paar erzeugt. Das abtastende Laserstrahlenbündel 40 erzeugt somit ein moduliertes elektrisches Signal 44 an der Ausgangselektrode 43. Die Spannung dieses elektrischen AusgangsSignaIs ist eine Funktion der Oberflächenladung, die an dem Fleck vorhanden ist, wo das Laserstrahlenbündel die Photoleiterschicht des Detektors trifft. Der.in der Ausgangsschaltung vorhandene Strom ist eine Funktion der Frequenz und der Intensität des Abtastlichtstrahlenbündels und ist weiterhin eine Funktion der Geschwindigkeit, mit welcher das Lichtstrahlenbündel die Oberfläche des Photoleiters abtastet. Das Videosignal 4 4 kann elektronisch verarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen, welches das latente Bild reproduziert, das in der Oberflächer.ladung der Photoleiterschicht des Detektors gefunden worden ist. In Abhängigkeit von der Intensität der Ober!lächenladung, der Strahlenbündelabtastgeschwindigkeit und der Frequenz und Intensität des verwendeten Lichtstrahlenbündels kann die Oberflächenladung wiederholt mehrere Male vom Lichtstrahlenbündel abgetastet werden. Die Tabelle II zeigt eine Auflistung der Werte für die Dicke der Selenschicht, die Röntgenstrahlungsphotonenenergie, den von der Selenschicht absorbierten Bruchteil dieser Energie, die Quantenumsetzung zwischen Röntgenstrahlungsphotonen und Elektron-Loch-Paaren, den Dunkelwiderstand des Selens und die Gesamtaufnehmerfläche des Detektors 10, der bei der Berechnung der Betriebsparameter eines Musterdetektors verwendet wird, der gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. TABELLE II Angenommene Werte Dicke der Selenschicht Energiestrahlung Absorbierter Teil der Photonen Quantenumsetzung Oberflächenladung Photonenfluß/Röntgen Dunkelwiderstand Gesamtaufnehmerfläche 100 .um 21 keV 85 % 3000 Elektronen/ Photon 1000 V 5 χ 109 cm"2 560 cm Tabelle III enthält eine Auflistung der berechneten Kapazität der Detektor-Sandwichstruktur, der Ladungsdichte, die in dieser Struktur vorhanden ist, wenn das Oberflächenpotential 1000 Volt 2 ist, der Anzahl Elementarladungen, die pro cm in der Struktur vorhanden sind, und des Dunkelwiderstandes und des Dunkelstroms des Detektors bei einer Ladung von 1000 Volt. TABELLE III Berechnete Werte Kapaz ität Ladungsdichte bei 1000 Volt Zahl der Elementarladungen Dunkelwiderstand Dunkelstrom bei 1000 Volt 5,8 χ 1O~11 F/cm2 5,8 χ 10~8Coul/cm2 3,6 χ i011el/cm2 1O14/2/cm2 iO~11A/cm2 Unter Verwendung der Werte dieser Tabellen ist es möglich, Betriebsparameter für ein typisches Detektorsystem zu berechnen, das nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist. 2 Wenn der Detektor 10 eine Fläche von 560 cm aufweist und einem gleichförmigen Fluß von 21 keV Röntgenstrahlen ausgesetzt ist, was in einer Exposition mit Np-Röntgenstrahlungsphotonen pro Einheitsfläche resultiert, ist die Gesamtzahl der erzeugten Elektron-Loch-Paare 3000mal N . Die Informationstheorie erfor- dert, daß dreimal so viele Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, wie beim statistischen Rauschwert des Systems für das latente Bild vorhanden ist, was detektierbar sein soll. 9 2 Es sind ungefähr fünfmal 10 -Photonen pro cm pro Röntgen einer Röntgenstrahlungsexposition bei 21 keV vorhanden. Somit ist die minimale detektierbare latente Strahlungsexpositxon, die ein detektierbares latentes Bild in der Selen-Sandwichstruktur nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt (für einen Detektor 560 cm2), etwa 23 Mikroröntgen pro Exposition. Dies kann man sich als die theoretische untere Grenze der Exposition zur Erzeugung eines Bildes mit zehn Linienpaaren pro Millimeter unter Verwendung der vorliegenden Erfindung denken. Es sei nun ein praktisches Beispiel betrachtet. Wenn die Röntgenstrahlungsexposition einer Patientenabtastung 100 mR beträgt und am dünnsten Abschnitt des röntgenbestrahlten Objektes 50 % dieser Strahlung von der Probe absorbiert werden, dann beläuft sich die Exposition am Detektor am hellsten Teil des Bildes auf 50 mR, während die niedrigste theoretisch de- : tektierbare Dosis sich auf 23 ,uR beläuft, wie oben erläutert worden ist. Dies ergibt theoretisch ein latentes Bild, das durch die Modulation der auf dem Detektor vorhandenen Oberflächenladung dargestellt wird, mit einem Verhältnis von etwa 2000 zwischen den hellsten und den dunkelsten Bereichen des Bildes. Das zuvor erläuterte Beispiel zeigt, daß die erfindungsgemäße Detektorstruktur theoretisch dazu in der Lage ist, ein Bild aufzuzeichnen unter Verwendung einer Selen-Photoleiterschicht mit einer Auflösung von 10 Linienpaaren pro Millimeter und einem Helligkeitsbereich von über 2000, und zwar nach einer Total-Röntgenstrahlungsexposition von lediglich 100 mR. Es folgt ein Beispiel, wie dieses latente Bild aus dem Detektor ausgelesen werden kann. Figur 9 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Gerätes, mit dem man das Bild auslesen kann, dessen Erzeugung zuvor erläutert worden ist. Ein lichtdichtes Gehäuse 46 enthält eine Lichtquelle 48, die so ausgerichtet ist, daß sie ein Lichtstrahlenbündel 50 auf die Vorderseite einer Abtasteinrichtung 52 projiziert, die ein rotierender Mehrseitenspiegel sein kann. oer Spiegel 52 ist auf einer Achse 54 montiert, die betriebsmäßig an einem Abtastmotor 56 befestigt ist. Die Spiegelachse und der Abtastmotor sind auf einer Plattform 58 befestigt. Diese Plattform ist auf einer Achse 60 montiert, die rechtwinklig zur Achse 54 verläuft. Die Achse 60 ist einen Endes an einem ersten aufrechten Träger 62 und anderen Endes an einem zweiten aufrechten Träger 64 montiert. Das Ende der Achse 60 ist unter Zulassung einer Schwingbewegung im zweiten aufrechten Träger 64 montiert und betriebsmäßig an einem Schrittmotor 66 befestigt. Die gesamte Abtasteinrichtung mit dem Spiegel und den zugeordneten Positionierungskomponenten ist erhältlich von der Texas Medical Instruments, Inc., 12108 Radium, San Antonio, Texas 7 8216. Der Spiegel 52 und der ihm zugeordnete Abtastmechanismus sind an einem Ende des Gehäuses 46 angeordnet. Eine vielschichtige Photonendetektoreinrichtung 10 ist durch eine lichtdichte Öffnung 6.8 herausnehmbar in einen Halter am anderen Ende des Gehäuses 46 so eingesetzt, daß die aufgebrachte transparente leitende Schicht 20 zum Spiegel 52 weist. Die Lichtquelle 48 ist vorzugsweise ein Helium-Kadmium-Laser, wie der Laser Liconix, Modell Nr. 402, mit einem optischen Modulator. Dieser Laser erzeugt ein Strahlenbündel intensiven Lichtes bei etwa 4400 Angström. Der Abtastmotor 56 dreht den mehrseitigen Spiegel 52 auf der Achse 54, um zu bewirken, daß das Lichtstrahlenbündel 50 eine horizontale Abtastbewegung über die Oberfläche des Detektors 10 ausführt. Dies bewirkt, daß ein Fleck 70 die photoleitende Selenschicht schneidet, wie es zuvor in Verbindung mit den Figuren 7 und 8 erläutert worden ist. Jedesmal,, wenn sich der Fleck 70 von der linken zur rechten Seite des Detektor 10 bewegt, bewegt der Schrittmotor 66 die Plattform 58 durch einen Bogen, der ausreicht, um den Fleck 70 vertikal um.1/20 mm abzulenken. Diese Schrittschalt-Abtastfunktion kann mechanisch oder elektrisch gesteuert werden. Üblicherweise beginnt der Fleck 70 mit der Abtastung der Oberfläche des Detektors 10 an deren oben links gelegener Ecke. Man kann den Abtastmechanismus so programmieren, daß er nach einer Rasterabtastung der gesamten Detektoroberfläche entweder abschaltet oder die Platte erneut abtastet. Figur 10 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des in Figur 9 gezeigten abtastenden Auslesemechanismus. Das Lichtstrahlenbündel 50 vom Laser 48 wird von der polygonalen Oberfläche des mehrseitigen Spiegels 52 reflektiert, wenn sich dieser Spiegel um die Achse 54 dreht. Dies bewirkt, daß das Lichtstrahlenbündel 50 einen fliegenden Fleck 70 erzeugt, der sich über die Oberfläche der Detektorstruktur 10 bewegt. Wie im Zusammenhang mit den Figuren 7 und 8 oben erläutert worden ist, führt dies dazu, daß ein Videosignal über der Detektorstruktur erzeugt wird. ι ■ Theoretisch haben Photonen von der Lichtquelle 48 eine Wellenlänge von etwa 4400 Angström. Die Quantenausbeute dieser Photonen und von Selen nähert sich eins, wenn die Feldstärke sich 10 Volt pro Zentimeter nähert. Bei einer Selenplatte von 150,um, wie sie bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, entspricht dies einem Oberflächenpotential von 1000 Volt. Der Laser kann gepulst werden, um die Abtastzeit zu verringern, die zum Erhalt eines Bildes von der Detektorstruktur erforderlich ist. Beim vorliegenden Beispiel kann das Laserstrählenbündel für eine Zeitdauer von 100 Nanosekunden mit einem Impulsabstand von 3 bis 4 Mikrosekunden gepulst werden. Dies beleuchtet jedes Bildelement ausreichend, um ein in dem Detektor gespeichertes latentes Bild auszulesen. Der praktische Vorteil eines solchen Systems besteht darin, daß viel kürzere Abtastzeiten erlaubt sind. Es kann auch zu höheren Signalstärken führen. Figur 11 ist ein Blockdiagramm eines rontgenologischen Röntgenstrahlensystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung. Ein Laser 72 erzeugt ein schmales, intensives Lichtstrahlenbündel 74, das durch ein optisches Objektiv 76 und Linsen 78 und 80 in ein angemessen breites paralleles Strahlenbündel 82 erweitert wird. Ein Fokussierspiegel 84 reflektiert das Strahlenbündel 82 auf eine reflektierende Oberfläche 86 eines Abtastmechanismus 88. Der Abtastraechanismus 88 ist im wesentlichen der gleiche wie der in Verbindung mit Figur 9 oben erläuterte Abtastmechanismus. Dieser Abtastmechanismus kann irgendeine Einrichtung sein, die dazu in der Lage ist, das Laserstrahlenbündel über den Detektor und einen Film zu bewegen. Beispielsweise kann es eine Gruppe von computergesteuerten Spiegeln oder holographischen optischen Elementen sein. Das Strahlenbündel 82 projiziert einen kleinen fliegenden Fleck 90 auf die Oberfläche der Detektorstruktur 10. Die Detektorstruktur 10 ist oben in Verbindung mit den Figuren 1 bis 8 ausführlich erläutert worden. Die Detektorstruktur 10 ist elektrisch über Leitungen 92 und 94 mit einem gekühlten Verstärker 96 verbunden. Der Verstärker 96 kann ein rauscharmer Verstärker sein. Der Verstärker ist mittels einer Leitung 98 an Leitungen 100 und 102 angeschlossen, die den Ausgang des gekühlten Verstärkers 96 elektrisch mit einem Signalprozessor 104 bzw. mit einem zweiten Signalprozessor 106 verbinden. Der Signalprozessor 104 ist mittels einer Leitung 108 an einen Strahlenbündelmodulator angeschlossen. Ein Laser 112 erzeugt ein intensives Strahlen- bündel kohärenten Lichtes 114, das vom Strahlenbündelmodulator 110 moduliert und mit Hilfe eines Objektivs 116 und Linsen 118 und 120 zu einem kohärenten modulierten Strahlenbündel 122 aufgeweitet wird. Das modulierte Strahlenbündel 122 wird von einem Fokussierspiegel 124 auf eine zweite Spiegelfläche 126 des optischen Abtasters 88 fokussiert. Diese Oberfläche kann eine andere Oberfläche auf demselben Abtaster sein oder sie kann zu einem getrennten optischen Abtastsystem gehören. Die mechanische Bewegung des Abtastsystems 88 bewirkt, daß das Strahlenbündel 122 einen fliegenden Fleck 128 bildet, der die Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums 130 abtastet. Dieses Verfahren gibt die Möglichkeit, das eine sehr geringe Intensität aufweisende latente Bild auf der Detektorstruktur 10 mit dem gekühlten Verstärker 96 und dem Signalprozessor 104 elektrisch zu verstärken und dann als ein verstärktes Bild auf einer photographischen oder xeroradiographischen Platte erneut zu schreiben. Das elektrische Ausgangssignal des gekühlton Verstärkers 96 wird außerdem mittels Leitungen 98 und 102 zum Signalprozessor 106 geführt. Der Ausgang des Signalprozessors ΪΌ6 ist über eine Leitung 132 mit einem Digitalcomputer 134 verbunden. Der Computer 134 wird zur digitalen Speicherung und Verarbeitung dos Informationsinhaltes verwendet, der ihm über den Signalprozessor 106 durch das vom gekühlten Verstärker 96 erzeugte elektrische Signal vermittelt wird. Die Bilder können auf Magnetband- oder Magnetschexbendateien gespeichert und innerhalb des Computers durch Algorithmen manipuliert werden, und zwar zur Bildrandverbesserung oder Musterwiedererkennung zum Zweck einer automatisierten Diagnose- Der Ausgang des Signalprozessors 106 ist außerdem über eine Leitung 136 mit einem Großspeichersystem 138 verbunden. Das Großspeichersystem 138 enthält eine hochauflösende Anzeigeröhre 140, die ein Analogbild 142 erzeugt, das durch eine Fokussieroptik 144 auf eine Filmebene 146 eines Film-Großspeichersystems 148 fokussiert wird. Dieses Film-Großspeichersystem kann ein 35 mm oder 70 mm Kassettensystem sein. Der Typ des in Verbindung mit Figur 11 beschriebenen röntgenologischen Bildverarbeitungs- und -speichersystems ist besonders nützlich zum schnittstellenmäßigen Anschließen von Gerätschaft zum Erwerben von röntgenologischen Massendaten an die Zentralcomputereinrichtungen eines großen Krankenhauskomplexes. Die digitale Speicherung der röntgenologischen Bilder erlaubt es einem entfernt sitzenden Radiologen, mit Schnelligkeit und Genauigkeit Zugriff zu den Daten zu nehmen. Computerunterstützte Mustererkennungsalgorithmen erlauben eine billige Großschirmuntersuchung großer Patientengruppen auf röntgenologische Anomalien. Die Fähigkeit des Systems, mit sehr niedrigen Strahlungsdosierungen erhaltene Information auf herkömmliche xeroradiographische Platten oder Filme neu zu schreiben, erlaubt es, daß das System den Patienten schützt, während es mit derzeit existierenden Röntgendatenspeicherformaten zusammenpaßt. Wie weiter unten erläutert werden wird/ können die röntgenologischen Daten, die das latente Bild auf der Detektorstruktur 10 aufweisen, in Echtzeit ausgelesen werden, um ein Videobild zu erzeugen, das vom Radiologen untersucht werden kann. Figur 12 zeigt ein Massenschirmuntersuchuncjssystem, das gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Die in Figur 12 gezeigte Ausführungsform könnte zur Echtzeit auslesung von Brustfilmen in einem Massenschirmbilduntersuchungsprogramm verwendet werden. Eine Röntgenstrahlungsquelle 150 erzeugt einen gleichförmigen Fluß von Röntgenstrahlen 152. Der gleichförmige Fluß 152 gelangt durch einen Patienten 154 und wird durch diesen moduliert. Der modulierte Röntgenstrahlungsfluß trifft auf eine mehrschichtige Photonendetektorvorrichtung 156 auf. Figur 13 zeigt eine stark vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der in Figur 12 verwendeten Detektor-Sandwichstruktur 156. . , Die Detektorstruktur 156 gleicht der in den Figuren 1 bis 8 oben beschriebenen Detektorstruktur 10, mit der Ausnahme, daß sie so positioniert ist, daß der modulierte Röntgenstrahlungsfluß auf die Selen-Photoleiterschicht auftrifft, nachdem er durch die Aluminiuinrückplatte hindurchgelangt ist. Außerdem ist eine dünne Isolierschicht 158 zur Außenoberfläche der Aluminiumträgerstruktur hinzugefügt worden, um die Aluminiumschicht vom Patienten 154 elektrisch zu isolieren. Die Detektor-Sandvvichstruktur 156 ist im Inneren eines lichtdichten Gehäuses 160 montiert. Das Gehäuse 160 enthält außerdem eine Einrichtung zum Abtasten der Detektorstruktur mit einem dünnen Lichtstrahlenbündel, d.h., ein Laserabtastsystem 162, das ein Lichtstrahlenbündel 164 in einem Rastermuster auf die Rückseite, d.h., die leitend transparentbeschichtete Seite, des Detektors 156 projiziert. Eine Basis 166 des Gehäuses 160 enthält eine Steuerelektronik 168 und eine Signalelektronik 170. Das gesamte Gehäuse und die Basis können auf Füßen 172 montiert sein, um die Detektorstruktur 156 auf die Brusthöhe des Patienten 154 anzuheben. Die Steuereinrichtung 168 umfaßt eine Elektronik, wie sie zur Steuerung des Abtastmusters des Laserabtasters 162 nötig ist, und zwar derart, daß das Lichtstrahlenbündel 164 veranlaßt wird, die photoleitende Seite des Detektors 156 in einem regulären Rastermuster abzutasten. Die Steuerelektronik steuert außerdem die Röntgenstrahlungsquelle 150 und synchronisiert die Expositions- und Auslesevorgänge. Eine Signalgewinnungseinrichtung 170 umfaßt einen mit dem Videoausgang des Detektors 156 verbundenen elektrischen Verstärker. Die Signalelektronik 170 verstärkt das Detektoraus- gangssignal und erzeugt ein Videoausgangssignal/ das zum Betreiben einer Videoanzeigeeinrichtung 174 geeignet ist/ die ein hochauflösender Videoanzeigemonitor sein kann. Betriebsbereit ist das in Figur 12 gezeigte Massenbildschirmuntersuchungssystem eine kleine tragbare Einheit. Der Patient 154 steigt bis zu der Einheit hinauf und drückt seine Brust gegen die dünne Isolierschicht 158 über der Aluminiumrückplatte der Detektorstruktur 156. Die Röntgenstrahlungsquelle 150 wird dann mittels der Steuereinrichtung eingeschaltet und bestrahlt den Patienten mit weniger als 100 mR Röntgenstrahlung. Wie in Figur 13 gezeigt ist, durchdringt der modulierte Röntgenstrahlungsfluß die dünne Isolierschicht 158 und die Aluminiumrückplatte des Detektors 156. Der Röntgenstrahlungsfluß erzeugt dann Elektron-Loch-Paare in der Selen-Detektorstruktur, wie oben in Verbindung mit den Figuren 2 bis 6 erläutert worden ist. Die Wirkung der in dem Selen absorbierten Röntgenstrahlen mit der nachfolgenden Neutralisation der Oberflächenladungen ist ein Verschiebungsstrom, der fließt, wenn C2 seine Ladung über C1 neu verteilt. Wenn dieser Strom zeitlich integriert wird, erreicht er einen voreingestellten Wert. Die Steuerschaltungsanordnung beendet dann die Röntgenstrahlungsexposition. Die Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung stellt Bilder gleichwertiger Qualität unabhängig von der Dicke des Patienten sicher. Die obige Vorrichtung oder Betriebsart wird "automatische Lichtzeitsteuerung" oder "automatische Expositionssteuerung" genannt. 30Λ529Α Es wird nun wieder auf Figur 12 Bezug genommen. Sobald die Exposition vollendet ist, läßt die Steuerelektronik 168 den Laserabtaster 162 das Lichtstrahlenbündel 164 abtastend in einem regulären Rastermuster über die Oberflächen der.Selen-Photoleiterschicht bewegen, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 7 bis 10 beschrieben worden ist. Dies läßt" den Detektor 156 ein Videosignal erzeugen, das Bäldinformation enthält. Dieses Videosignal wird auf die Signalelektronik 170 geführt, wo es verstärkt wird, um ein Videoausgangssignal auf den Fernsehmonitor 174 zu geben. Ein solches System kann verwendet werden, um eine klinische Röntgenaufnahme irgendeines Körperteils, einschließlich Brust, Brustkasten, Kopf usw., zu machen. Der Detektor selbst, der ein Ersatz für den Film in einem Röntgensystem ist, kann mit verstärkenden Schirmen verwendet werden. Eine Ausführungsform der Detektorstruktur würde einen Leuchtstoff, vorzugsweise einen seltene Erdenleuchtstoff mit hohem Z, anstelle der Isolierschicht 18 in Figur 1 verwenden. Die den Leuchtstoff treffenden Röntgenstrahlen würden Licht erzeugen, das Ion-Loch-Paare in der Photoleiterschicht 16 erzeugen würde. ABLEITUNG DER CHARAKTERISTISCHEN KURVE DES DETEKTORS Dieser Abschnitt befaßt sich mit der Herstellung der in Figur 25 gezeigten Kurve. Wenn das experimentelle System belichtet wird, fließt in der äußeren Schaltung eine Gesamtladung von Q_ Coulomb, mit 2V C„2 η = sλcoul/pixel (1) Eine Exposition mit Röntgenstrahlung vor einer solchen Belichtung würde einfach QT proportional zur Röntgenstrahlungsexpositionsdosis reduzieren. Man kann die Ladungen berechnen, welche aufgrund der Absorption von Röntgenstrahlungsphotonen in Bewegung gesetzt werden, indem man zunächst den Lichterzeugungswirkungsgrad nach Fender definiert. ■Π - ä_ ε (ev J^ts_ (2) 1 " dn · *■ lIonenpaar x μ U)> wobei V die innerhalb des Selens aufgrund von absorbierten Photonen deponierte Energie in eV ist, N die Anzahl Ionen, welche die Ladung auf der Oberfläche des Absorbers neutralisieren und E das mittlere elektrische Feld über dem Absorber sind. Man beachte auch η = unddn = A dQ <3>/ unddn e e wobei Q die neutralisierte Oberflächenladung in Coulomb pro χ 2 2 cm ist, A die Fleche des Absorbers in cm und e die elektronische Ladung in Coulomb/Ion-Paar sind. Die absorbierte Energie kann berechnet werden als V = fkXA und d V = fkAdX (4), wobei f der Bruchteil der im Selen absorbierten Röntgenstrahlungsphotonen ist, k die Energiefluenz in Luft pro Röntgen-Exposition und X die Exposition in Röntgen sind. Da das elektrische Feld dasjenige ist, das innerhalb des Selens existiert, ist auch Q*1 E = ^7 wobei Q*1 die über dem Selen vorhandene momentane Ladung, C1 die Kapazität der Selenschicht und d, die Dicke des Selens sind. Setzt man (3), (4) und (5) in (2) ein, erhält man fkeQ* dX Von (1) kann man Q*1 ausdrücken als _ 2VsC1C2 QxC1 eingesetzt in (6), erhält man die Differentialgleichung dQ fke 2kfeC2Vs Qx " und deren Lösung ist ifkeX Qx = 2c2vs (1"exP -^dTTcT+CTT ; <8) ' (C )QR ■ QXC7?CJ sind die Gesamtladungen, die in Bewegung gesetzt .worden sind, wenn ein Pixel beleuchtet, das X-Röntgen einer Röntgenstrahlung absorbiert hat, Qsig = QL - 0R . (10> aus (1) und (10) 2V ei 2V C2 ( fkeX f^ nexp - Qsig = /2VC2 exp( - BX)J (12) s 2C1+C2 fke mit ß = Tvs—77=—■ Gleichung (12) ist von der von Boag beschriebenen Form, für welche er angibt, daß die röntgenologische Entladung elektrostatischer Platten exponentiell ist. Figur 19 ist eine graphische Aufzeichnung Q_ über V für ver- κ s schiedene Dosierungen der Röntgenstrahlung. Mittels solcher Daten können wir Gleichung (8) für ^], den Lichterzeugungswirkungsgrad, lösen. Aus Figur 19 entnehmen wir auch, daß die empirischen Daten einen Ladungsverlust voraussagen, der auf Rekombination beruhen kann; sie kann aber auch auf tiefe Locheinfangstellen innerhalb des Selens hinweisen, die ein Restpotential errichten, unter welches das System nicht entladen werden kann. BESCHREIBUNG UND ERLÄUTERUNG DER METHODEN ZUM LADEN DES DETEKTORS Ladungsmethode Nr. 1 Um kurz zu wiederholen, die durch die Figuren 1 und 1A oben dargestellt sandwichartige Halbleiterstruktur erscheint als ein Paar in Reihe geschalteter Kondensatoren. C2 ist derjenige Kondensator, welcher im experimentellen System durch leitendes Nesa-Glas und die dem Nesa naheliegende Selenoberfläche gebildet ist. Eine Mylar-Isolierschicht wirkt als Dielektrikum. C1 ist derjenige Kondensator, der durch die Oberfläche des Selens und das Aluminiumsubstrat gebildet ist, wobei der Selen-Photoleiter als Dielektrikum wirkt. Da Photoleiter keine Dielektrika sind, wenn sie belichtet sind, ist C1 nur vorhanden, wenn sich die Struktur im Dunkeln befindet. Dies läßt Dinge außer acht,- wie tiefe Locheinfangstellen, Dunkelströme usw., die aber der Reihe nach erläutert werden. Es wird auf Figur 1 Bezug genommen. Wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen 22 und 12 angelegt wird, fließt ein Strom, der. die Kondensatoren C1 und C2 auf Spannungen V1 bzw. V2 auflädt, mit vs = V1 + V2 (D In diesem Fall ist: wobei V die Versorgungsspannung ist, und V=V (3) I S Wenn die Selenschicht beleuchtet wird, während ein Potential zwischen den Anschlüssen 22 und 12 vorhanden ist, wird der Kondensator C1 ein Leiter und erlaubt einen zusätzlichen Strom fluß nach C2. Diese zusätzliche Ladung Q.. ist die ursprünglich auf C1 sitzende Ladung. Das heißt, da (3) eingesetzt in (4), Q1 = C1V1 (4) Die Anfangsspannung über C2 ist wie in (2) bestimmt. Die Spannungserhöhung über C2 aufgrund des Leitendwerdens von C1 ist: Q1 VsC2 Somit ist die Gesamtspannung über C nun (2) plus (6) oder C1 VsC2 V = ν ■ + = V (7) 2 Vs C^C2 C^C2 s K/) Aufgrund von (1) findet man nun, daß V1 gleich null ist. Die Ladung über C2 ist nun die Gesamtladung Q is; QT = VC (8) Wenn man mit der Beleuchtung aufhört, bleib: diese Spannungsverteilung bestehen, bis das Potential entfernt und die Anschlüsse 22 und 12 miteinander verbunden werrden. C2 entlädt sich nun teilweise in C1, was in einer gleichen Spannung, die über C1 und C2 erscheint, resultiert, da d.i-ese nun im wesent lichen parallel liegen. Diese Spannung ist V paraile! . VC (9) -s Δ= ν = -V 12 C +C Man beachte/ daß V1 und V„ gleich, jedoch von entgegengesetzter Polarität sind. Man beachte auch, daß während dieser Ladungsneuverteilung keine Versorqungsspannung V in der Schaltung vorhanden ist. Die obige Operation hat dazu geführt, daß eine Ladung auf die Oberfläche des Selens aufgebracht worden ist, wie es etwa bei dem xeroradiographischen Vorgang durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Ladung jedoch auf eine Selenoberfläche aufgebracht worden, die physisch nicht zugänglich ist. Das System ist nun für eine Exposition mit Röntgenstrahlen bereit. Ein integrierendes Amperemeter oder ein Coulombmeter wird so in die Schaltung zwischen C1 und R„ gesetzt, daß der Strom oder die resultierende Ladungsbewegung aufgrund der Strahlungsexposition gemessen werden kann. Dieser Stromfluß ist proportional zur Exposition und kann somit zur Expositionssteuerung verwendet werden. Dies ist vorteilhaft, da es die Möglichkeit gibt, die Expositionszeit durch die den Detektor wirklich erreichende Strahlungsmenge zu steuern. Alternativ kann die Oberfläche des Kondensators C2, die eine dünne leitende Schicht ist, geätzt werden, um eine schmale Insel zu bilden, wie es in Figur 21 gezeigt ist. In Figur 21 kann ein Coulombmeter 2101 zwischen eine Inselelektrode 2103 und das Aluminiumsubstrat 2105 geschaltet sein. Während der Röntgenbestrahlung sammelt das Expositionsmeßgerät 2101 eine Ladung an, die zur Lichtzeitsteuerung der Exposition verwendet werden kann. Dies ist vorteilhaft, da unabhängig von der Dicke des Patienten das Röntgenstrahlungsgerat eingeschaltet bleibt, bis vom Detektor die richtige Ladungsmenge angesammelt worden ist, so daß ein richtig exponiertes Bild sichergestellt ist. Es können mehrere dieser getrennten Inseln in die Platte geätzt und als Expositionsmeßgeräte verwendet werden. Wenn der Detektor einer Strahlung ausgesetzt wird, werden innerhalb des Selens Elektron-Loch-Paare erzeugt, welche die Ladung über C. neutralisieren. Wenn diese Ladungen neutralisiert sind, verteilt sich die Ladung auf C2 neu. Diese Neuverteilung hält die beiden Kondensatoren auf demselben Potential. Somit ist die gesamte Ladung, die durch die äußere Schal tung fließt, d.h., durch den Lastwiderstand R„, die Anfangsladung > die auf C2 alleine gegeben worden ist. Aus (9) können wir die Spannung über C~ erhalten, d.h., die Gesamtladung auf C~ vor der Röntgenstrahlungsexposition: Q2 = C2vs Gleichung (10) ist die Gesamtladung, die sich bewegt, wenn das System nicht einer Strahlung ausgesetzt wird. Sollte eine Röntgenstrahlungsexposition auftreten, die ein latentes Bild erzeugt, wird ein Teil 0χ der Ladung auf C1 neutralisiert. Die auf C2 verbleibende Ladung ist: " -i rx ~ V«m «v7 C Λ.Γ* (11) / wobei Q_ = C0V1^ ist,, wie in (.8). Wenn Qv = 0 ist, dann wird IZS Λ Gleichung (11) zu (10). Diese Ladung kann durch ein Coulombmeter angesammelt werden und wäre eine Funktion der Zahl der Elektron-Loch-Paare, die durch die im Selen absorbierten Röntgenstrahlen erzeugt worden sind. Wenn der Detektor durch das Laserstrahlenbündel abgetastet wird, wird jedes Pixel, d.h., die vom Laserstrahlenbündel in Ruhestellung beleuchtete Fläche, der Reihe nach entladen. Funktionell wird C1 dort leitend gemacht, wo das Licht scheint. Wenn C1 leitend wird, kann die Ladung auf C~ durch die äußere Schaltung fließen. Der Strom, der durch die äußere Schaltung fließt, ist eine Funktion des im Photoleiter gespeicherten latenten Bildes. Wenn sich das Laserstrahlenbündel abtastend über C1 bewegt, ist der IR-Abfall, der über dem Widerstand R2 erscheint, ein Videosignal. Ladungsmethode Nr. 2 Man betrachte dieselbe sandwichartige Detektorstruktur in einer Schaltungsanordnung, die der in Figur 22 gezeigten analog ist. Strukturell ist ein drei Positionen aufweisender Schalter 2201 mit einer Seite der Plattenstruktur 2203 verbunden, die als in Reihe geschaltete Kondensatoren C1 und C2 dargestellt sind. Eine Seite eines Coulombmeters 2205 ist mit der anderen Seite der Plattenstruktur 2203 verbunden. Die andere Seite des Coulombmeters 2205 ist mit einer Seite eines Widerstandes 2207 verbunden. Die andere Seite des Widerstandes 2207 ist verbunden mit der positiven Seite der Batterie 2209; direkt mit einem Anschluß 2211 und mit der negativen Seite einer Batterie 2213. Die positive Seite der Batterie 2213 ist mit dem Anschluß 1 des drei Positionen aufweisenden Schalters 2201 verbunden. Der Anschluß 2211 ist mit Anschluß 2 des Schalters 2201 verbunden. Die negative Seite der Batterie 2209 ist mit Anschluß 3 des drei Positionen aufweisenden Schalters 2201 verbunden. Der drei Positionen aufweisende Schalter 2201 wird zunächst auf die Position 1 gestellt. Die Spannungen über C. und C2 sind die gleichen wie in Figur 1 und 1A gezeigt. Wenn das Selen nun belichtet wird, wird C1 leitend wie zuvor und V« = V wie in (7). Wenn die Belichtung nun beendet wird, bleibt diese Spannungsverteilung wieder bestehen. Eine Bewegung des Schalters 2201 in Position 2 führt dazu, daß die Ladung auf C2 über beide, C und C„, verteilt wird, wie zuvor, mit V1 = -V„, wie in (9) gegeben. Wenn der Schalter 2201 in Position 3 bewegt wird, existiert über C2 eine Spannung, bei der es sich um das Verhältnis von V aufgrund der Kapazität C1 und C2 vermindert, um die Spannung aufgrund der eingefangenen Ladungen (9) handelt, d.h., ν = Β 1 _ s 2 2 Ci+C2 C1+C2 V2 = vs ' '1^2 = ν s s y C1+C2 2VsC2 V = V V2 s Da V1 + V2 = Vs , C2 finden wir V1 = 2V (14) ι s C1+C2 das heißt/ die Spannung über dem Selen ist nun doppelt so groß wie die bei der anderen Ladungsmethode Nr. 1 erhaltene. Die Gesamtladung auf C2 ist nun aufgrund von (13) Q2 = C2 2VsC2C2 Wenn unter diesen Bedingungen das Verhältnis von C2/(C1+C3) in der Nähe von eins liegt, dann ist V2 in seiner Polarität entgegengesetzt zu V1 als auch auf einem niedrigeren Potential. wir annehmen, C2 = 10 C1, das Verhältnis C /(Ci+C2) = 10/11 -i/St- und weiterhin annehmen, Vo = 100 V, ergibt sich aus (14) V1 - 2 χ 100 V χ 10/11 = 181,8 Volt und V2 = -81,8 Volt. Somit repräsentiert das Q2, wie es in Gleichung (15) gezeigt ist, eine Ladung, die entgegengesetzt zu der auf C1 und zu der der Spannungsversorgung V„ ist. Auf eine Strahlungsexposition und/oder ein nachfolgendes Auslesen mittels des Lasers ist das gesamte Q . , das sich durch ο ig die äußere Schaltung bewegt, die anfangs auf C2 befindliche Ladung plus derjenigen Ladung, die erforderlich ist, um C2 auf eine Spannung V in entgegengesetzter Polarität zu laden. Somit ist QSig = - 2V C C / = -C2Vs "(vcpj + C2Vs oder Qsig = 2Vs^ (16) Wenn der Detektor mit Röntgenstrahlung beaufschlagt worden ist, ist „ ^Sig = ( 2^T ~ ®Y \ --. ^n (17) , dabei sind, wie zuvor, Qv jene Ladungen, die durch die Elektron- Λ ■ Loch-Paare neutralisiert worden sind, die im Selen durch die absorbierten Röntgenstrahlungsphotonen erzeugt worden sind. Zusammengefaßt: Die Verwendung der Ladungsmethode Nr. 2 resultiert in einer Verdopplung der Spannung über dem Selen ohne Verdopplung der Spannung, die über dem Mylar-Kondensator C„ angelegt wird. Dies ermöglicht es, daß der Kondensator C~ ein dünneres Dielektrikum und somit eine höhere Kapazität aufweist. Eine Vergrößerung des Wertes von C2 im Verhältnis zum Wert von C1 bringt den Bruch C2/ (C.+C2) näher an, eins, was den Signalausgang des Detektors weiter vergrößert. Ein weiterer Vorteil der Verdopplung der Spannung über dem Selen liegt darin, daß die erhöhte elektrische Feldstärke die Elektron-Loch-Paar-Rekombination im Selen verringert und den Wirkungsgrad der Ionenpaarsammlung erhöht. Dies vergrößert den Wirkungsgrad des Detektors. Vergrößert man C2 oder macht man gar Cj so klein wie möglich, hat dies zwei vorteilhafte Ergebnisse: A.. Eine Verringerung der Kapazität von C1 wird durch Vergrößern der Dicke der Selenschicht im Detektor erreicht, was die Röntgenstrahlungsabsorptionswirkung des Detektors erhöht. B, Eine Verringerung von C1 bei Verwendung höchstmöglichen Wertes von C2 reduziert die Gesamtkapazität des Detektors, da C1 und C~ in Reihe liegen. Diese geringere Gesamtkapazität erhöht die Abtastgeschwindigkeit, welche man bei der Erfindung erreichen kann. Dies ist wichtig, da der Stand der Technik lediglich lehrt, eine Platte in schmale Abschnitte zu segmentieren, um diese große Kapazität zu vermeiden. Ladungsmethode Nr. 3 Es ist auch möglich, einen Detektor zu benutzen, bei dem die Selenschicht einen hohen wirksamen Dunkelwiderstand oder nicht einen Sperrkontakt aufweist, der nicht vor der Röntgenstrahlungsexposition aufgeladen wird. Das heißt, einen Detektor, dessen Photoleiterschicht keine Oberflächenladung hat. Bei dieser Methode wird ein elektrisches Potential über den zuvor ungeladenen Detektor lediglich während der Exposition mit : Röntgenstrahlen angelegt. Dieses Verfahren resultiert in einer modulierten Oberflächenladung, die dem Strahlungsundurchlässig-keitsgrad des röntgenbestrahlten und über der Photoleiter- ; schicht angeordneten Gegenstandes entspricht. Die modulierte Oberflächenladung kann mit einem Abtastlaserstrahlenbündel gelesen werden, wie es zuvor beschrieben worden ist. EXPERIMENTELLES SYSTEM NR. 2 Die experimentelle Vorrichtung Zur Bewertung der Betriebseigenschaften des Detektors und der Ausleseeinrichtung der vorliegenden Erfindung wurde ein Modelldetektor wie in Figur 1 gebaut und auf eine optische Bank montiert, die einen He-Cd-Laser, Sammellinsen und eine Sehfeldblende enthielt. C2 war aus etwa 5 mil (0,127 mm) Mylar-Kunst- stoff gebildet, der mit wenigen Angström Gold beschichtet war, d.h., bis der Oberflächenwiderstand des Mylar gleich 20 Ohm pro Quadrat war (Schicht 20, Figur 1). Das Mylar wurde mit optischem Kitt der Selenschicht festgeheftet. Der Laser wurde über einen Impulsgenerator gepulst. Es wurde die zuvor beschriebene Ladungsmethode Nr. 2 verwendet. Der Detektor wurde entsprechend der angelegten Spannung mit verschiedenen Widerstandswerten belastet. Ein Verstärker mit einer Verstärkung von 1000 wurde verwendet, um das Ausgangssignal des Detektors vor der Anzeige auf einem Speicheroszillographen zu konditionieren. Ein Schema des Verstärkers ist in Figur 23 angegeben. Aus. Photographien, die von den Signalen auf dem Bildschirm des Oszillographen aufgenommen worden sind, wurde die Gesamtfläche unter der Entladungskurve über einen Planimeter bestimmt, um die Ladung abzuschätzen, die vom Laser in Bewegung gesetzt worden ist. Dieses Verfahren wurde nach der Exposition :für eine Messung der Exposition mit Röntgenstrahlung wiederholt, um die Zahl der Coulombs derjenigen Ladung zu bestimmen, die durch die Röntgenstrahlungsexposition entladen worden ist. Experimentelle Ergebnisse Die Experimente waren für die Bestimmung ausgelegt, ob der Detektor und die Ausleseeinrichtung der vorliegenden Erfindung in der vorausgesagten Weise arbeiten. Unter Verwendung von Gleichung (17) wurde das gesamte mögliche Signal in Coulomb pro 2 -11 cm berechnet, unter der Annahme Q = 0, C< = 3,69 χ 1O — 1 1 ? und C_ = 2,93 χ 10 Farad/cm . Figur 14 ist eine graphische Darstellung der Coulombzahl, die für ein solches Modell als Funktion der über dem Detektor angelegten Versorgungsspannung vorausgesagt worden ist. In Figur 14 sind auch einige experimentell gemessene Werte von Ladungen gezeigt, die vom experimentellen System Nr. 2 gesammelt worden sind, das im experimentellen rontgenologischen Laboratorium des M.D. Anderson Hospitals in Houston, Texas, konstruiert und getestet worden ist. Im experimentellen System Nr. 2 wurde die Selendicke zu 150 \im. gemessen. Als das zweite Dielektrikum wurden 5 mil (0,127 mm) Mylar verwendet. Alle in Figur 14 berechneten Ladungen wurden unter der Annahme einer aktiven Fläche oder Pixelgröße von 2 0,3 cm berechnet und repräsentieren eine Totalentladung des Pixels. Wie man aus Figur 14 ersehen kann, ist die Korrelation zwischen berechneter und gemessener gesammelter Ladung sehr gut, wenn — 9 man einen Verlust von 3,93 χ 10 Coulomb annimmt. Diese Abweichung vom theoretisch erhaltenen Wert kann auf einer unvollständigen Entladung beruhen, die durch das Vorhandensein eines Sperrkontaktes an der Selen/Aluminium-Grenzfläche verursacht worden ist. Die Tatsache, daß die empirischen experimentellen Daten nicht nach null extrapolieren, kann auch implizieren, daß, wenn die Platte sich einer Totalentladung nähert, weniger Ladungen gesammelt werden, da eine stärkere Rekombination bei niedrigerer Feldstärke stattfindet. Figur 15 ist eine graphische Darstellung der elektrischen Feld- stärke über der Selenschicht des Detektors als eine Funktion der Mylardicke, d.h., C3, für eine gegebene Selendicke und verschiedene Versorgungsspannungen, die mit der Ladungsmethode Nr. 2 angelegt worden sind. Diese graphische Darstellung ist nützlich beim Voraussagen des dynamischen Bereichs des Systems in Coulombs für verschiedene Kombinationen von C- und V . Im - 2 s -11 experimentellen System Nr. 2 ist C1 auf 3,69 χ 10 Farad/cm festgelegt, und zwar durch die Selendicke von 150 um. Es wird — 11 wieder auf Figur 15 Bezug genommen. Wenn C~ 8 χ 10 Farad/cm ist und V bei 2000 V liegt, findet man, daß die an das Selen angelegte Spannung 2500 V ist, bei Verwendung der Ladungsmethode Nr. 2, und der dynamische Bereich des Detektors ist 1x10 coul/cm . Das bedeutet, daß für jeden Quadratzentimeter der belichteten Platte" eine Gesamtheit von 1x10 Coulomb in der äußeren Schaltung fließt. Eine Röntgenstrahlungsexposition zur Erzeugung eines latenten Bildes würde diese Gesamtmenge verringern. Die Empfindlichkeit des Detektors gegenüber der Röntgenstrahlungsexposition ist von großer Wichtigkeit. Das heißt, wieviele Coulomb Ladung werden in Bewegung gesetzt und durch Absorption eines Röntgenstrahlungsphotons gesammelt. Figur 16 ist eine graphische Darstellung, welche die Coulombs der gesammelten Ladung pro Röntgen-Exposition als eine Funktion der Totalexposition zeigt (gemessen in mAs (Milliampere χ Sekunden) , die an eine Röntgenröhre angelegt werden). Das für das experimentelle System Nr. 2 verwendete Röntgen- Strahlungssystem war ein Siemens-Mammomat, der für den Betrieb mit einem xeroradiographischen System konzipiert ist. Die Röntgenstrahlungseinheit wurde mit 44 kVp betrieben und wies eine Halbwertschicht (HVL) von etwa 1,5 mm Aluminium auf. Der Aufnehmer war in einer Kassette untergebracht, die aus 1/16 Inch. (1,6 mm) PVC hergestellt war und einen Bakelitverschluß aufwies. ,- ' Figur 16 zeigt, daß die Empfindlichkeit (Q/roent.) der vorliegenden Erfindung für größer angelegte Spannungen höher ist und daß die Erfindung unerwartet empfindlich gegenüber niedrigeren Expositionswerten ist. Der Sammelwirkungsgrad der vorliegenden Erfindung, ausgedrückt in Coulomb pro Röntgen, ist viel höher bei niedrigen Röntgenstrahlungsexpositionswerten als bei hohen Expositionswerten. Figur 17 beschreibt dieselben Daten wie Figur 16; jedoch ist die Röntgenstrahlungsdetektorkassette mit einem 1/16" (1,6 mm) dicken PVC-Verschluß ausgerüstet. Die hohe Dämpfung von PVC gegenüber den in diesen Experimenten verwendeten Röntgenstrahlen wurde zur Zeit, als diese Daten gesammelt wurden, nicht geschätzt. Figur 18 zeigt den Wirkungsgrad der vorliegenden Erfindung in Coulomb/Röntgen als eine Funktion der Versorgungsspannung. Wiederum ist das System bei niedrigeren Strahlungswerten mit Klarheit effizienter. Tabelle IV gibt dieselben Daten einfach in Tabellenform wieder. .64. cn VD vo (N CN VO 00 ro oo vo co CN VO00<NOOCNroIOcnOOIOcn ooO cnI,8OnCΪ •"4·,74nC VD in ό vo co CTi CTl VO CN Γ0 in 70,376,574,055,3% VO,38nC8OnCind(NCNro CN ο vo CN in in VO CTi CN co 00 CN OO in vo in (N ro CTl in υ σ σO VOσ roCN incn(NοOοσOO+1 .+1-H■Η-H+ 1ΟΛco r-CN roOO CTlin CNOCOroVOVOco OOOOOOOOOOOOVOCNinτ—r-τ—τ—CNCNCN Wenn ein Bakelitverschluß verwendet wird bei 320 mAs und 2700 V Versorgungsspannung, gehen 92/2 % aller verfügbaren Ladungen über. Dies stellt eine nahezu totale Entladung dar. Im Hinblick auf die in Tabelle IV gezeigte Abweichung bei den verfügbaren Gesamtladungen repräsentiert das obige Beispiel ferner in der Tat Gesamtentladungen innerhalb des experimentellen Fehlers. ' Figur 19 zeigt die Gesamtladung, die als Funktion der über dem Detektor angelegten Spannung gesammelt worden ist. Die Kurven divergieren für die verschiedenen Expositionen, wenn die angelegte Spannung vergrößert wird. Dies kann man dahingehend interpretieren, daß der Spielraum des Detektors, d.h., seine Fähigkeit, Expositionen unterschiedlicher Werte zu differenzieren, mit zunehmender angelegter Spannung größer wird. Ein optimaler Spielraum kann bestimmt werden als ein Kompromiß zwischen dem dynamischen Bereich des Systems und dem Signal/Rausch-(S/N)Verhältnis des Detektorausgangssignals. Es sind Schätzungen der Werte von C. und C- gemacht worden auf der Grundlage von Berechnungen des Kapazitätswertes unter der Annahme einer Selendicke von 150 μΐη und einer Dielektrizitätskonstanten von 6,3; einer Mylardicke von 4,3 mil (0,11 mm) und einer Dielektrizitätskonstanten von 3,5. Die experimentellen Ergebnisse erlauben, bestimmte Schlüsse aus der vorliegenden Erfindung zu ziehen: (1) Die Benutzung der Ladungsmethode Nr. 2 hat es erlaubt, eine erhöhte Spannung über dem Selen zu benutzen, während eine niedrigere Spannung über dem Mylar aufrechterhalten wird. (2) Für eine gegebene Selendicke kann der dynamische Bereich des Systems durch1 Verändern der Mylardicke und der angelegten Spannung verändert werden. (3) Der dynamische Bereich des Systems muß notwendigerwej se größer sein als der Bereich der durch Strahlungsabsorption neutralisierten Ladungen, d.h., die Röntgenstrahlen dürfen keinen Teil des Detektors vollständig entladen. Dies ist notwendig, um ein Feld über dem Selen selbst in Bereichen größter Strahlungsexposition aufrechtzuerhalten. Tut man dies, wird ein guter Sammelwirkungsgrad aufrechterhalten. Es wird empirisch geschätzt, daß jedes Pixel nicht über % seiner Anfangsladung hinaus entladen werden sollte. Dies ist jedoch lediglich eine Schätzung und muß noch theoretisch oder durch Optimierungsmethoden hergeleitet werden. (4) Unter Verwendung der gesammelten Daten kann ein Beispiel der Betriebseigenschaften des Systems folgendermaßen berechnet werden: Unter der Annahme einer Röntgenstrahlungsquelle mit 44 kVp und 320 mAs sowie eines durchlässigen Phantoms von 6 cm ist die maximale Exposition des Aufnehmers 370 mR. Wenn man die Erfindung bei angelegten 2700 V betreibt, werden aufgrund einer 2 -9 Bestrahlung einer Fläche von 0,3 cm 6,0 χ 10 Coulomb in Bewegung gesetzt. Sind ein Lastwiderstand von 1000 Sl und eine Auslesezeit von 4' χ 1O-" s (entspricht einer Bandbreite von 125.000 Hz), eine Verstärkung von 1000 und eine Pixelgröße von 50 um gegeben, ist das Ausgangssignal - . s . 6XiO-9COUlZCm7X 2,5x10~5cra2 χ 1000 χ 1000 Verstärkung out ~ I 4x1 Os ~2 = 4,8 χ 10 = 48mV Das Systemrauschen kann abgeschätzt werden als das Verstärker rauschen plus das Nyquist-Rauschen des Eingangswiderstandswertes zu n = V4x1,37x10 23 χ 300 χ 1000 χ Τ,5x105 ' = 1,57 Unter Verwendung eines Verstärkers und einer Rauschzahl von 0,8 Nanovolt/fli? und 1,5 χ 105 Hz ist En= 0,Sx10"9 (1,5x105)1//2 = 0,8x10~9 χ 3,87x102 0,309μν ■-·■ Folglich ist das Verstärkerrauschen viel größer als das Nyquist-Rauschen des Eingangswiderstandes. Daher ist das Sig nal-Rausch-Verhältnis S/N = J^JJ = 30,5:1 Dieser dynamische Bereich erzeugt ein Bild mit etwa neun bis zehn Grauschattierungen. Eine Grauschattierung ist hier definiert als \2 Signalvergrößerung. Das heißt, Grauschattierungen = log 2 . EXPERIMENTELLES SYSTEM NR. 3 ' Figur 20 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten des dritten experimentellen Systems zeigt, das in der experimentellen röntgenologischen Abteilung des M.D. Anderson Hospitals in Houston, Texas, gebaut worden ist. Dieses experimentelle System wurde gebaut, um das gesamte integrierte System der vorliegenden Erfindung zu testen und ein Laborschaltungssystem zur anfänglichen klinischen Bewertung zu schaffen. Dieses System ist vollständig computerisiert. Wie Figur 20 zeigt, steuert ein Mikrocomputer 2007, der ein Southwest Technical Products 6800 ist, einen Laseraustaster 2015; einen 16-bit-D/A-Wandler 2011; ein X-Position-Schnittstellenmodul 2017; einen · 12-bit-D/A-Wandler 2009; und einen Fernschreiber 2005. Der Fernschreiber 2005 ist ein Modell 33ASR. Der 16-bit-D/A-Wandler 2011 ist ein Analog Devices 1136 und der 12-bit-D/A-Wandler 2009 ist ein Analog Devices 1132. Die Laseraustasteinheit und der Laser 2015 sind ein Helium/Kadmium-Laser Liconix Modell 4110. Der Laser 2015 ist in einem lichtdichten Gehäuse untergebracht, das nicht gezeigt ist, wie das funktionsmäßig in Figur 9 oben gezeigte. Das Photonenstrahlenbündel vom Laser 2015 tastet einen Detektor 2019 ab. Der Ausgang des Detektors 2019 ist mit dem Eingang eines Vorverstärkers 2021 verbunden. Der Ausgang des Vorverstärkers 2021 ist angeschlossen an einen Abtastgeschwindigkeitswandler 2003, an einen A/D-Wandler 2023, und an einen Schreiblasermodulator und Laser 2025. Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 2 023 ist ein Eingangssignal für den Mikrocomputer 2007. Der Fernschreiber 2005 steht mit dem Mikrocomputer 2007 in Zweiwegverbindung. Aus Figur 20 kann man ersehen, daß der Laser 2015 ein zum Abtasten des Detektors 2019 geeigneter Lesolaser und der Laser 2025 ein Schreiblaser ist, der dazu geeignet ist/ Information auf einen Film oder eine xerographische Platte aufzuschreiben. Diese Art von System ist generell in Verbindung mit Figur 11 oben beschrieben. Sowohl das Leselaserstrahlenbündel als auch das Schreiblaserstrahlenbündel werden vom Mikrocomputer gesteuert. Das Ausgangssignal des 12-bit-D/A-Wandlers 2009 treibt einen Abtaster, eine Steuereinrichtung und einen Spiegelwandler 2013 für die x-Position des Leselasers. Es treibt außerc.em einen Abtaster, eine Steuereinrichtung und einen Spiegelwai dler 2027 für die ^-bildende Position des Schreiblasers. Gleichermaßen treibt der 16-bit-D/A-Wandler 2011 sowohl einen Abtaster, eine Steuer- 30A5294 einrichtung und einen Spiegelwandler 202 9 für die y-Position des Leselasers als auch einen Abtaster, eine Steuereinrichtung and einen Spiegelwandler 2031 für die y-Position des Schreiblasers. Es ist leicht einzusehen, daß die Strahlenbündel von beiden Lasern, den Leselaser und dem Schreiblaser, synchron abtasten, obwohl r>ie nicht beide zur selben Zeit eingeschaltet oder mit demselben Signal moduliert zu'sein brauchen. Funktionsmäßig nimmt der Mikroprozessor Befehle vom Fernschreiber an. Diese Befehle betätigen ein Computerprogramm. Eine Kopie einer Auflistung dieses Programms ist dieser Anmeldung zur Erleichterung für den Prüfer beigefügt. Die Erfinder beantragen, daß diese Liste in die Akte aufgenommen wird, so daß sie der Öffentlichkeit als Teil des Aktenordners dieser Anmeldung verfügbar ist. Wenn der Mikroprozessor den 16-bit-D/A-Wandler adressiert und die in ihm gespeicherte Zahl erhöht, werden die y-Positions-Spiegel beider Laser zu einem bestimmten Winkel abgelenkt. Im experimentellen System Nr. 3 ist dieser Winkel ausreichend, um den auf dem Detektor 2019 beleuchteten Fleck 50 um zu bewegen. Somit geschieht die y-Positionierung des Laserstrahlenbündels auf dem Detektor in Inkrementen von 50μΐη. Das dieser Anmeldung beigefügte Programm erlaubt eine Spezifizierung der Zeilengröße auf der y-Achse zu 50, 100, 200 oder 400 μΐη. Dies-läßt sich in eine Auflösung in-dem vom System erzeugten Bild von 10, 5, 2,5 und 1,25 Linienpaaren pro Millimeter übersetzen. Der 12-bit-D/A-Wandler wird nicht direkt vom Computer adres- siert. Der Computer adressiert eine spezielle Schnittstellenschaltung, die den 12-bit-D/A-Wandler steuert. Diese Schnittstellenschaltung erlaubt es dem Computer, die Start- und Endpositionen des Laserstrahlenbündels auf der Detektoroberfläche und längs der x-Achse zu spezifizieren. Ein Schema des x-Position-Schnittstellenmoduls 2017 ist als Figur 24 beigefügt. Der Computer gibt dann einen Startbefehl an die Schnittstellenschaltung, die einen schalterwählbaren Takt freigibt, um das Erhöhen des D/A-Wandlers auf eine spezielle Startadresse zu beginnen. Der Takt fährt fort, den D/A-Wandler zu erhöhen, bis die Stoppadresse gefunden ist, und dann wird der Takt durch die Schnittstellenschaltung gesperrt. Diese x-Position-Schnittstellenschaltung erfüllt zwei Aufgaben! Erstens kann der Datenauslesebereich verändert werden. Zweitens können Detektorplatten mit verschiedener Größe ausgelesen werden, ohne über diese hinauszutasten. Dies ist besonders wertvoll bei einem experimentellen System. Der Computer 2007 steuert auch das Laserauotasten, was nur bedeutet, daß er den Laser ein- und ausschaltet. Der Computer tastet den Laser jedesmal aus., wenn eine χ--Achsen-Abtastung vollendet ist. Der Laser wird dann über den Detektor zurückbewegt und wieder für die nächste Abtastlinie eingeschaltet. Zum Auslesen einer Platte bei Verwendung des experimentellen Systems Nr. 3: (1) Der Verwender spezifiziert die Plattengröße und den x-Achsen-Zeilenabstand. Das Computerprogramm fragt nach diesen Werten. (2) Der·x-Achsen-SchnittStellenschaltung werden vom Computer die geeigneten Start- und Stoppadressen gegeben. (3) Der x-Achsen-Zeilenabstand und die Gesamtzahl der erforderlichen Schritte werden vom Computer bestimmt. (4) Der Computer tastet die Kathodenstrahlröhre aus und versetzt den Abtastratenwandler in den Schreibbetrieb. (5) Der Laser wird vom Computer eingeschaltet. (6) Der Computer befiehlt der Schnittstellenschaltung, den Takt einzuschalten. (7) Der x-Achsen-Spiegel lenkt den Laser über die Platte ab. (8) Der Computer schaltet den Laser aus. (9) Der Computer erhöht den y-Achsen-D/A-Wandler um die erforderliche Anzahl Schritte, die das Laserstrahlenbündel durch den spezifizierten Zeilenabstand bewegen. (10) Der Computer wiederholt dann die Schritte 5 bis 9, bis die gesamte Platte abgetastet worden ist. (11) Der Computer versetzt den Abtastratenwandler in den Lesebetrieb und das Bild wird dargestellt. Die x-Position-Abtaststeuereinrichtung und die y-Position-Abtaststeuereinrichtung für den Leselaser speisen beide den Abtastgeschwindigkeitswandler 2003. Der Abtastgeschwindigkeitswandler erlaubt es, ein relativ langsames Videobild, wie das vom experimentellen System Nr. 3 gebildete, an eine Fernsehanzeigeeinrichtung anzupassen. Der Abtastgeschwindigkeitswandler 2003 gibt ein normales Videosignal an die Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 2001, wo das Bild betrachtet, auf dem Schirm herumgeschoben oder zur Untersuchung von Einzelheiten gedehnt werden kann. Die in dieser Beschreibung dargestellten und erläuterten beispielsweisen und empfohlenen Systeme sollen nur den Fachleuten den den Erfindern am besten bekannten Weg ;:ur Herstellung und Verwendung ihrer Erfindung zeigen. Nichts in dieser Beschreibung sollte als Beschränkung für den Umfang der vorliegenden Erfindung betrachtet werden. Es können viele Änderungen von Fachleuten vorgenommen werden, um äquivalente Systeme zu schaffen, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann ein anderer Photoleiter als Selen als Teil der Detektor-Sandwichstruktur verwendet werden. Im Abtastsystem könnte eine holographische Optik anstelle der im Beispiel verwendeten mechanischen Systeme benutzt werden. Es mac erwünscht sein, die relativen Dicken der verschiedenen Schachten zu ändern, die die Sandwichstruktur ausmachen, oder Lichtstrahlenbündel mit unterschiedlicher Frequenz vorzusehen, um das röntgenologische Bild auszulesen oder andere Röntgenstrahlenpotentiale abzutasten. Die vorliegende Erfindung sollte lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt sein. Patentansprüche.TABLE I Physical properties of selenium (2.3) Atomic number Density (g cm) Dielectric constant Specific resistance at 20 ° C (~ cm) Thermal conductivity at 20 ° C (WCm-1K "1) Optical band gap (2V) Light absorption edge (AE) K absorption edge (KeVJ 2 - 1 - 1 hole mobility (cm s ν) 2 - 1 - 1 electron mobility (cm s ν) Energy for generating charge carriers (eV) 34.25.7X4.6613-1016X 10 ~ 310χ 10 ~ 32 , 32460012057 W = 2.67 xE + 0.86 eV where E is the optical band gap, Figure 2 shows the detector 10 flooded with photons 26. At the same time, a negative high voltage, ie, 2000 volts, is applied to the terminal 22, consequently to the transparent conductor 20. Figure 2A, the electrical equivalent circuit diagram for Figure 2, shows the switch 24 closed due to light 26. The potential Vs of -2000 volts is impressed across the electrodes 12 and 22. Figure 3 shows the semiconductor detector sandwich structure 10 after the light 26 extinguished and the lines 12 and 22 together have been short-circuited. The resulting positive surface charge on the amorphous selenium layer is shown schematically by a dashed line 28. This surface charge is evenly distributed over the entire surface. FIG. 3A is the equivalent circuit diagram of FIG. 3. The detector is in the dark and thus the switch 24 is shown open. A diode 15 and a battery 13 represent the blocking contact or the potential of the blocking junction 11. The electrical charge originally present on the capacitor C2 has been redistributed in such a way that part of this charge is present on the capacitor C1, the exact part depends on the ratio of C1 to (C1 + C2). FIG. 4 shows the charged detector as shown in FIG. 3 in use as an image pick-up structure for an X-ray image. A uniform flux of X-ray radiation 30 is generated by means of a conventional radiation source, not shown, such as an X-ray tube. The detector can work with any radiation source that is capable of generating electron-hole pairs in the photoconductor. This uniform flow of photons impinges and interacts with an object 32, which may be any object of interest. The object 32 is placed directly above the detector 10. For simplicity, article 32 is shown as a flattened spheroid of uniform density. FIG. 5 shows a greatly enlarged schematic view of part of the detector structure 10 from FIG. 4. A modulated X-ray flow 34 of that radiation which has penetrated the object 32 generates electron-hole pairs 36 in the selenium layer 16. FIG. 6 shows the detector 10 of Figure 4 after the x-ray exposure has been completed. The detector is now storing a latent image. The modulated surface charge comprising the image is shown schematically by a dashed line 38 with a hump. This dashed line represents the change in potential caused by the electron-hole pairs created by the x-ray exposure. FIG. 7 shows the detector 10 with a latent image stored as a modulated surface charge 38. A thin bundle of light rays 40 is shown scanning the surface of photoconductor layer 16 in a regular grid pattern. In the embodiment of the invention which forms experimental system No. 1, this thin scanning light beam is generated by a He-Cd laser. It will be understood that the photon bundle need not be coherent. It can be of any frequency capable of generating electron-hole pairs in photoconductor layer 16 of detector 10. An electrode 41 is connected to electrical ground and an electrode 43 carries an electrical video signal, the waveform of which is a function of the modulated surface charge in the detector 10 which is scanned by the light beam 40. An arrow 42 indicates the direction of movement of the scanning light beam 40. An output waveform 44 shows the change in voltage of the output video signal obtained by scanning the latent image with the beam. FIG. 8 is a schematic, greatly enlarged cross-sectional view of part of the detector structure which is scanned by the light beam 40 of FIG. The light beam 40 penetrates the transparent conductor and the transparent insulator in order to generate electron-hole pairs 36 in the part of the selenium layer 16 that is irradiated by the beam. In operation, the detector operates by applying a uniform surface charge to the selenium layer 16 and then selectively discharging a portion of that surface charge by exposure to x-rays to produce a latent image. As shown in FIG. 2, the selenium photoconductor layer becomes conductive when light photons flood the detector 10. If, as shown, a potential of -2000 volts is applied between the aluminum back plate (on. Ground) and the transparent conductor 20 (on a potential of -2000 volts), the detector is charged as a capacitor. Figure 2A shows how this charge is applied to the system. The flood of light 26 increases the conductivity in the selenium layer 16. The applied voltage V3 is -2000 volts. This causes;. a charge builds up across the capacitor C2, which represents the capacitance between the selenium surface in contact with the transparent insulator and the transparent conductor of the detector. The capacitor C2 is thus charged to a potential V £ of 2000 volts. After the capacitor C2 has charged to the potential V, the flood of light is ended and the detector 10 is kept in the dark. In the absence of photons, the amorphous selenium layer 16 becomes non-conductive and its dark resistance, in cooperation with the blocking contact 11, prevents the surface charge from migrating on the selenium. This state is shown by Figures 3 and 3A. After the detector 10 is in the dark, the connections 22 and 12 are short-circuited to one another. This causes the electrical charge on capacitor C2 to redistribute between capacitors C2 and C1, each of which is then charged to a potential half that of V, i.e. 1000 volts when C1 = C2. The capacitor C1 represents the capacitance between the surface of the photoconductor layer and the aluminum backing 14. This surface charge of 1000 volts is evenly distributed over the surface of the selenium layer. This surface charge is maintained over the selenium layer through the high dark resistance of selenium in connection with the blocking transition at the Al-Se interface, which is now biased in the reverse direction. The effective blocking potential has been determined experimentally to be about 150 to 300 volts in the experimental systems discussed below. The resistance R1, which represents the resistance of the selenium layer when it is exposed to light, is relatively low compared to its dark resistance R2. Each photon striking the photoconductor generates, depending on its energy, a specific number of electron-hole pairs within the photoconductor layer 16 (see Table II). Each electron-hole pair discharges part of the surface charge where it was created. Figure 4 shows how this effect is used to impress a latent image on the detector. 3O4S294 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the photon detector structure according to the invention when used as an image recorder in an X-ray system. A uniform flow of X-ray photons 30 is modulated, i.e., partially absorbed, as it passes through an X-rayed object 32. The modulated X-ray flux then impinges on the detector 10. The detector 10 has a surface charge of 1000 volts, as is shown by the charge 28 in FIG. When the X-ray photons hit the selenium layer, they create electron-hole pairs. For monochromatic X-rays, the number of electron-hole pairs generated is a direct function of the number of X-ray photons striking the selenium detector layer. Some of the x-ray photons in uniform flow 30 are absorbed by object 32. The modulated flux hitting the photoconductor layer 16 thus contains information about the internal structure of the object exposed to X-rays. This information is contained in the number of photons that hit each part of the detector. Figure 5 shows how this modulated X-ray flux creates a modulated surface charge on the surface of the detector. The modulated X-ray radiation flux 34 generates electron-hole pairs 36 in the selenium layer 16 of the detector 10. The number of electron-hole pairs generated at each point on the detector surface is a function of the number of X-ray photons impinging on the photoconductor layer. Each electron-hole pair 36, at the point at which it is generated, discharges part of the surface charge imposed on the photoconductor layer. The greatest number of electron-hole pairs are created where the x-ray photons from the uniform flow 30 hit the detector without any absorption by the x-rayed object. A smaller number of x-ray photons strike the photoconductor layer beneath the x-rayed object. The degree of radiopacity of the X-ray irradiated object is thus reproduced in the surface charge of the detector structure after exposure to X-rays. FIG. 6 shows schematically the modulated surface charge of the detector structure after the X-ray exposure described in connection with FIGS. 4 and 5. The surface charge is lower where no object has absorbed X-ray photons. The x-ray irradiated article, believed to be uniformly opaque to x-rays, absorbs a portion of the uniform flux of x-rays. This leads to the fact that fewer electron-hole pairs are generated under the object and a higher surface charge is generated on the detector under the x-ray irradiated object. This is shown by the dashed line 38 representing the modulated surface charge. FIG. 7 shows schematically the readout method which is used to derive an electrical video signal from the modulated surface charge which forms the latent image on a detector structure according to the invention. The detector structure is kept in the dark and a thin beam of light rays, preferably generated by a helium-cadmium laser, is scanned over the surface of the photoconductor layer 16 in a regular grid pattern. As the scanning light beam 40 moves in the direction shown by arrow 42, it creates a small moving spot on the surface of the photoconductor layer 16. The size of this spot determines the resolution of the final image. It is therefore desirable that this spot size be kept small. A laser beam 40 scans the surface of the photoconductor layer 16 and generates electron-hole pairs, as is shown in detail by FIG. These electron-hole pairs are mobile within the photoconductor layer and discharge part of the surface charge. In the preferred embodiment of the invention, the electrons move towards the positively charged selenium surface of the detector sandwich structure 1o, the voltage drop created across the resistor between the earth connection 41 attached to the transparent conductor 20 and that attached to the conductive aluminum backplate 14 Video output electrode 43 is connected is a function of the intensity of the surface charge at the point at which the laser beam creates the electron-hole pair. The scanning laser beam 40 thus produces a modulated electrical signal 44 at the output electrode 43. The voltage of this electrical output signal is a function of the surface charge present at the spot where the laser beam strikes the photoconductor layer of the detector. The current present in the output circuit is a function of the frequency and the intensity of the scanning light beam and is also a function of the speed at which the light beam scans the surface of the photoconductor. The video signal 44 can be electronically processed to produce an image which reproduces the latent image found in the surface charge of the photoconductor layer of the detector. Depending on the intensity of the surface charge, the beam scanning speed and the frequency and intensity of the light beam used, the surface charge can be repeatedly scanned several times by the light beam. Table II shows a listing of the values for the thickness of the selenium layer, the X-ray photon energy, the fraction of this energy absorbed by the selenium layer, the quantum conversion between X-ray photons and electron-hole pairs, the dark resistance of the selenium and the total pick-up area of the detector 10, which at is used to calculate the operating parameters of a pattern detector constructed in accordance with the preferred embodiment of the invention. TABLE II Assumed values Thickness of the selenium layer Energy radiation Part of the photons absorbed Quantum conversion Surface charge Photon flux / X-ray dark resistance Total sensor area 100 um 21 keV 85% 3000 electrons / photon 1000 V 5 χ 109 cm "2 560 cm Table III contains a list of the calculated capacitance of the detector Sandwich structure, the charge density present in this structure when the surface potential is 1000 volts 2, the number of elementary charges present per cm in the structure, and the dark resistance and dark current of the detector when the charge is 1000 volts III Calculated values Capacity Charge density at 1000 volts Number of elementary charges Dark resistance Dark current at 1000 volts 5.8 χ 10 ~ 11 F / cm2 5.8 χ 10 ~ 8 Coul / cm2 3.6 χ 1011el / cm2 1014/2 / cm2 OK ~ 11A / cm2 Using the values in these tables it is possible to calculate operating parameters for a typical detector system made according to the preferred embodiment ungsform of the invention is constructed. 2 When the detector 10 has an area of 560 cm and is exposed to a uniform flow of 21 keV X-rays, resulting in exposure to Np X-ray photons per unit area, the total number of electron-hole pairs generated is 3000 times N. Information theory requires that three times as many electron-hole pairs are generated as there is for the latent image in the statistical noise value of the system, which should be detectable. 9 2 There are approximately five times 10 photons per cm per X-ray of an X-ray exposure at 21 keV. Thus, the minimum detectable latent radiation exposure that creates a detectable latent image in the selenium sandwich structure according to the preferred embodiment of the invention (for a detector 560 cm 2) is about 23 micro-X-rays per exposure. This can be thought of as the theoretical lower limit of exposure to produce an image with ten pairs of lines per millimeter using the present invention. Let us now consider a practical example. If the X-ray exposure of a patient scan is 100 mR and 50% of this radiation is absorbed by the sample at the thinnest section of the X-rayed object, then the exposure at the detector in the brightest part of the image is 50 mR, while the lowest theoretically detectable dose is amounts to 23, uR as explained above. This theoretically gives a latent image represented by the modulation of the surface charge present on the detector, with a ratio of about 2000 between the lightest and darkest areas of the image. The example explained above shows that the detector structure according to the invention is theoretically able to record an image using a selenium photoconductor layer with a resolution of 10 line pairs per millimeter and a brightness range of over 2000, namely after a total x-ray exposure of only 100 mR. The following is an example of how this latent image can be read from the detector. FIG. 9 shows a partially cut-away view of a device with which the image can be read out, the generation of which has been explained above. A light tight housing 46 contains a light source 48 which is oriented to project a bundle of light rays 50 onto the front of a scanner 52, which may be a rotating multi-sided mirror. The mirror 52 is mounted on an axis 54 which is operatively attached to a scanning motor 56. The mirror axis and the scanning motor are mounted on a platform 58. This platform is mounted on an axis 60 which is perpendicular to axis 54. The axle 60 is mounted at one end to a first upright support 62 and at the other end to a second upright support 64. The end of the axle 60 is rockably mounted in the second upright support 64 and operatively attached to a stepper motor 66. The entire scanning device, including the mirror and associated positioning components, is available from Texas Medical Instruments, Inc., 12108 Radium, San Antonio, Texas 7 8216. The mirror 52 and its associated scanning mechanism are located at one end of the housing 46. A multi-layer photon detector device 10 is inserted removably through a light-tight opening 6.8 into a holder at the other end of the housing 46 in such a way that the applied transparent conductive layer 20 faces the mirror 52. The light source 48 is preferably a helium-cadmium laser, such as the Liconix, Model No. 402 laser, with an optical modulator. This laser creates a beam of intense light at around 4400 Angstroms. The scanning motor 56 rotates the multi-sided mirror 52 on the axis 54 to cause the light beam 50 to scan horizontally across the surface of the detector 10. This causes a spot 70 to intersect the selenium photoconductive layer, as previously discussed in connection with Figs. Each time the spot 70 moves from the left to the right side of the detector 10, the stepper motor 66 moves the platform 58 through an arc sufficient to deflect the spot 70 vertically by 1/20 mm. This step-by-step scanning function can be controlled mechanically or electrically. Typically, the spot 70 begins to scan the surface of the detector 10 at its upper left corner. The scanning mechanism can be programmed to either shut down or re-scan the plate after a raster scan of the entire detector surface. FIG. 10 shows a simplified schematic illustration of the scanning readout mechanism shown in FIG. The light beam 50 from the laser 48 is reflected from the polygonal surface of the multi-sided mirror 52 as this mirror rotates about the axis 54. This causes the light beam 50 to generate a flying spot 70 which moves across the surface of the detector structure 10. As explained above in connection with Figures 7 and 8, this results in a video signal being generated above the detector structure. Theoretically, photons from the light source 48 have a wavelength of approximately 4400 Angstroms. The quantum yield of these photons and of selenium approaches one when the field strength approaches 10 volts per centimeter. With a selenium plate of 150 µm as used in the preferred embodiment of the invention, this corresponds to a surface potential of 1000 volts. The laser can be pulsed to reduce the scan time required to obtain an image of the detector structure. In the present example, the laser beam can be pulsed for a period of 100 nanoseconds with a pulse interval of 3 to 4 microseconds. This illuminates each picture element sufficiently to read out a latent image stored in the detector. The practical advantage of such a system is that much shorter sampling times are allowed. It can also lead to higher signal strengths. FIG. 11 is a block diagram of a radiological x-ray system in accordance with the preferred embodiment of the invention. A laser 72 generates a narrow, intense light beam 74 which is expanded into an appropriately wide parallel beam 82 by an optical objective 76 and lenses 78 and 80. A focusing mirror 84 reflects the beam 82 onto a reflective surface 86 of a scanning mechanism 88. The scanning mechanism 88 is essentially the same as the scanning mechanism discussed in connection with Figure 9 above. This scanning mechanism can be any device capable of moving the laser beam across the detector and film. For example, it can be a group of computer-controlled mirrors or holographic optical elements. The beam 82 projects a small flying spot 90 onto the surface of the detector structure 10. The detector structure 10 has been explained in detail above in connection with FIGS. 1 to 8. The detector structure 10 is electrically connected to a cooled amplifier 96 via lines 92 and 94. The amplifier 96 can be a low noise amplifier. The amplifier is connected by means of a line 98 to lines 100 and 102, which electrically connect the output of the cooled amplifier 96 to a signal processor 104 and to a second signal processor 106, respectively. The signal processor 104 is connected to a beam modulator by means of a line 108. A laser 112 generates an intense beam of coherent light 114 which is modulated by the beam modulator 110 and expanded to form a coherent, modulated beam 122 with the aid of an objective 116 and lenses 118 and 120. The modulated beam 122 is focused by a focusing mirror 124 onto a second mirror surface 126 of the optical scanner 88. This surface can be a different surface on the same scanner or it can belong to a separate optical scanning system. The mechanical movement of the scanning system 88 causes the beam 122 to form a flying spot 128 which scans the surface of a recording medium 130. This method allows the very low intensity latent image on the detector structure 10 to be electrically amplified with the cooled amplifier 96 and signal processor 104 and then rewritten as an amplified image on a photographic or xeroradiographic plate. The electrical output signal of the cooled amplifier 96 is also carried to the signal processor 106 by means of lines 98 and 102. The output of the signal processor ΪΌ6 is connected to a digital computer 134 via a line 132. The computer 134 is used for digital storage and processing of the information content which is conveyed to it via the signal processor 106 by the electrical signal generated by the cooled amplifier 96. The images can be stored on magnetic tape or magnetic script files and manipulated within the computer by algorithms for image edge enhancement or pattern recognition for the purpose of automated diagnosis. The bulk storage system 138 includes a high resolution display tube 140 that produces an analog image 142 that is focused by focusing optics 144 onto a film plane 146 of a bulk film storage system 148. This large film storage system can be a 35 mm or 70 mm cassette system. The type of radiographic imaging and storage system described in connection with Figure 11 is particularly useful for interfacing equipment for acquiring bulk radiographic data to the central computer facilities of a large hospital complex. The digital storage of the radiological images allows a remote radiologist to access the data with speed and accuracy. Computer-aided pattern recognition algorithms allow a cheap large-screen examination of large patient groups for radiological anomalies. The system's ability to rewrite information obtained at very low doses of radiation on conventional xeroradiographic disks or films allows the system to protect the patient while being compatible with currently existing x-ray data storage formats. As will be explained further below, the radiological data which have the latent image on the detector structure 10 can be read out in real time in order to generate a video image which can be examined by the radiologist. Figure 12 shows a mass screen inspection system constructed in accordance with the preferred embodiment of the invention. The embodiment shown in Figure 12 could be used for real-time reading of breast films in a mass-screen imaging program. An x-ray source 150 creates a uniform flow of x-rays 152. The uniform flow 152 passes through a patient 154 and is modulated by the patient. The modulated x-ray flux impinges on a multilayer photon detector device 156. FIG. 13 shows a greatly enlarged cross-sectional view of part of the detector sandwich structure 156 used in FIG. Detector structure 156 is similar to detector structure 10 described in Figures 1-8, except that it is positioned so that the modulated x-ray flux impinges on the selenium photoconductor layer after it has passed through the aluminum backplate. A thin insulating layer 158 has also been added to the outer surface of the aluminum support structure to electrically isolate the aluminum layer from the patient 154. The detector sandwich structure 156 is mounted inside a light-tight housing 160. The housing 160 also contains a device for scanning the detector structure with a thin light beam, i.e. a laser scanning system 162 which projects a light beam 164 in a raster pattern onto the rear side, i.e. the conductive transparent coated side, of the detector 156. A base 166 of the housing 160 contains control electronics 168 and signal electronics 170. The entire housing and base may be mounted on feet 172 to raise the detector structure 156 to patient 154 chest height. The control device 168 includes electronics such as is necessary to control the scanning pattern of the laser scanner 162 in such a way that the light beam 164 is caused to scan the photoconductive side of the detector 156 in a regular raster pattern. The control electronics also control the x-ray source 150 and synchronize the exposure and readout processes. A signal extraction device 170 includes an electrical amplifier connected to the video output of the detector 156. The signal electronics 170 amplify the detector output signal and generate a video output signal / which is suitable for operating a video display device 174 / which can be a high-resolution video display monitor. Operational, the bulk screen inspection system shown in Figure 12 is a small portable unit. The patient 154 climbs up to the unit and presses his chest against the thin insulating layer 158 over the aluminum back plate of the detector structure 156. The x-ray source 150 is then switched on by the control device and irradiates the patient with less than 100 mR x-ray radiation. As shown in Figure 13, the modulated x-ray flux penetrates the thin insulating layer 158 and the aluminum back plate of the detector 156. The x-ray flux then creates electron-hole pairs in the selenium detector structure, as discussed above in connection with Figures 2-6 . The effect of the X-rays absorbed in the selenium with the subsequent neutralization of the surface charges is a displacement current that flows when C2 redistributes its charge across C1. When this current is integrated in time, it reaches a preset value. The control circuitry then terminates the x-ray exposure. The use of such a circuit arrangement ensures images of equivalent quality regardless of the thickness of the patient. The above device or mode of operation is called "automatic light timing control" or "automatic exposure control". 30Λ529Α Reference is now made to FIG. 12 again. Once exposure is complete, control electronics 168 cause laser scanner 162 to scan light beam 164 in a regular grid pattern across the surfaces of the selenium photoconductor layer, as described above in connection with Figures 7-10. This causes the detector 156 to generate a video signal containing image information. This video signal is passed to the signal electronics 170 where it is amplified to provide a video output signal to the television monitor 174. Such a system can be used to take a clinical radiograph of any Body part including chest, chest, head, etc. The detector itself, which is a replacement for the film in an x-ray system, can be used with intensifying screens Use Z, in place of the insulating layer 18 in Figure 1. The x-rays striking the phosphor would produce light that would create ion-hole pairs in the photoconductor layer 16. DERIVATION OF THE DETECTOR CHARACTERISTIC CURVE curve shown when the experimental system exposes et is, a total charge of Q_ Coulomb flows in the external circuit, with 2V C „2 η = sλcoul / pixel (1) Exposure to X-rays before such exposure would simply reduce QT proportionally to the X-ray exposure dose. The charges that are set in motion due to the absorption of X-ray photons can be calculated by first defining the light generation efficiency according to Fender. ■ Π - ä_ ε (ev J ^ ts_ (2) 1 "dn · * ■ ion pair x μ U)> where V is the energy in eV deposited within the selenium due to absorbed photons, N is the number of ions that carry the charge neutralize the surface of the absorber and E is the mean electric field over the absorber. Note also η = anddn = A dQ <3> / anddn ee where Q is the neutralized surface charge in coulombs per χ 2 2 cm, A is the area of the absorber in cm and e are the electronic charge in coulomb / ion pair The absorbed energy can be calculated as V = fkXA and d V = fkAdX (4), where f is the fraction of the X-ray photons absorbed in selenium, k is the energy fluence in air per X-ray exposure and X are the exposure in X-rays. Since the electric field is the one that exists within the selenium, Q * 1 E = ^ 7 where Q * 1 is the instantaneous charge above the selenium, C1 the capacity of the Selenium layer and d, the thickness of the selenium. If we put (3), (4) and (5) in (2), one obtains fkeQ * dX From (1) one can express Q * 1 as _ 2VsC1C2 QxC1 inserted in (6), one obtains the differential equation dQ fke 2kfeC2Vs Qx "and its solution is ifkeX Qx = 2c2vs (1 "exP - ^ dTTcT + CTT; <8) '(C) QR ■ QXC7? CJ are the total charges that have been set in motion when illuminating a pixel that has absorbed X-rays, Qsig = QL - 0R. (10> from (1) and (10) 2V ei 2V C2 (fkeX f ^ nexp - Qsig = / 2VC2 exp (- BX) J (12) s 2C1 + C2 fke with ß = Tvs-77 = - ■ equation ( 12) is of the form described by Boag, for which he states that the radiological discharge of electrostatic plates is exponential. Figure 19 is a graphical plot of Q_ over V for different dosages of X-rays. Using such data we can calculate equation ( 8) for ^], the light generation efficiency. From Figure 19 we also see that the empirical data predict a charge loss that may be due to recombination, but it can also indicate deep hole traps within the selenium that create a residual potential below which the system cannot be discharged DESCRIPTION AND EXPLANATION OF METHODS OF CHARGING THE DETECTOR Charging Method No. 1 To recap briefly, the semiconductor sandwich structure illustrated by Figures 1 and 1A above appears as a pair sheathed in series teter capacitors. C2 is the capacitor which in the experimental system is formed by conductive Nesa glass and the selenium surface that is close to the Nesa. A Mylar insulating layer acts as a dielectric. C1 is the capacitor that is formed by the surface of the selenium and the aluminum substrate, with the selenium photoconductor acting as a dielectric. Since photoconductors are not dielectrics when exposed, C1 is only present when the structure is in the dark. This disregards things - such as deep hole traps, dark currents, etc., but these are explained one after the other. Reference is made to FIG. When a voltage is applied between terminals 22 and 12, a current flows which. charges the capacitors C1 and C2 to voltages V1 and V2, respectively, with vs = V1 + V2 (D in this case: where V is the supply voltage, and V = V (3) IS when the selenium layer is illuminated while a potential between the connections 22 and 12 is present, the capacitor C1 becomes a conductor and allows an additional current flow to C2. This additional charge Q .. is the charge originally sitting on C1. That is, since (3) inserted in (4), Q1 = C1V1 (4) The initial voltage across C2 is determined as in (2). The voltage increase across C2 due to C1 becoming conductive is: Q1 VsC2 Thus the total voltage across C is now (2) plus (6) or C1 VsC2 V = ν ■ + = V (7) 2 Vs C ^ C2 C ^ C2 s K /) On the basis of (1) we now find that V1 is equal to zero. The charge across C2 is now the total charge Q is; QT = VC (8) If you stop lighting, stay: this voltage distribution persists until the potential is removed and terminals 22 and 12 are connected to one another. C2 is now partially discharged in C1, which results in the same voltage appearing across C1 and C2, since they are now essentially parallel. This voltage is V paraile! . VC (9) -s Δ = ν = -V 12 C + C Note / that V1 and V "are the same, but of opposite polarity. Note also that there is no supply voltage V in the circuit during this charge redistribution. The above operation has resulted in a charge being applied to the surface of the selenium, such as is done in the xeroradiographic process. In the present invention, however, the charge has been applied to a selenium surface that is not physically accessible. The system is now ready to be exposed to X-rays. An integrating ammeter or a coulomb meter is placed in the circuit between C1 and R1 in such a way that the current or the resulting charge movement due to the radiation exposure can be measured. This current flow is proportional to the exposure and can thus be used to control exposure. This is advantageous because there is the possibility of controlling the exposure time through the amount of radiation actually reaching the detector. Alternatively, the surface of the capacitor C2, which is a thin conductive layer, may be etched to form a narrow island, as shown in FIG. In FIG. 21, a coulomb meter 2101 can be connected between an island electrode 2103 and the aluminum substrate 2105. During X-ray exposure, exposure meter 2101 accumulates a charge that can be used to timing exposure to light. This is advantageous because regardless of the patient's thickness, the X-ray device remains on until the correct amount of charge has been accumulated by the detector so that a properly exposed image is ensured. Several of these separate islands can be etched into the plate and used as exposure meters. When the detector is exposed to radiation, electron-hole pairs are generated within the selenium, which neutralize the charge via C. When these charges are neutralized, the charge is redistributed on C2. This redistribution keeps the two capacitors at the same potential. Thus, all of the charge that flows through the external circuit, i.e., through the load resistor R ", is the initial charge> that has been placed on C2 alone. From (9) we can get the voltage across C ~, i.e. the total charge on C ~ before X-ray exposure: Q2 = C2vs Equation (10) is the total charge that moves when the system is not exposed to radiation. Should there be an X-ray exposure that creates a latent image, a portion 0χ of the charge on C1 is neutralized. The charge remaining on C2 is: "-i rx ~ V« m «v7 C Λ.Γ * (11) / where Q_ = C0V1 ^ ,, as in (.8). If Qv = 0, then IZS Λ Equation (11) to (10). This charge can be accumulated by a coulomb meter and would be a function of the number of electron-hole pairs created by the X-rays absorbed in the selenium, if the detector is scanned by the laser beam , each pixel, ie the area illuminated by the laser beam in the rest position, is discharged in sequence. Functionally, C1 is made conductive where the light shines. When C1 becomes conductive, the charge on C ~ can flow through the external circuit Current flowing through the external circuit is a function of the latent image stored in the photoconductor. As the laser beam scans across C1, the IR drop that appears across resistor R2 is a video signal the same sandwich-like detector structure r in a circuit arrangement which is analogous to that shown in FIG. Structurally, a three position switch 2201 is connected to one side of plate structure 2203, shown as series capacitors C1 and C2. One side of a coulomb meter 2205 is connected to the other side of the plate structure 2203. The other side of the coulomb meter 2205 is connected to one side of a resistor 2207. The other side of resistor 2207 is connected to the positive side of battery 2209; directly to terminal 2211 and to the negative side of battery 2213. The positive side of battery 2213 is connected to terminal 1 of three position switch 2201. Terminal 2211 is connected to terminal 2 of switch 2201. The negative side of battery 2209 is connected to terminal 3 of three position switch 2201. The three-position switch 2201 is first set to position 1. The voltages across C. and C2 are the same as shown in Figures 1 and 1A. If the selenium is now exposed, C1 becomes conductive as before and V «= V as in (7). When the exposure is now ended, this stress distribution remains. Moving switch 2201 to position 2 causes the charge on C2 to be distributed across both C and C ", as before, with V1 = -V", as given in (9). When the switch 2201 is moved to position 3, there is a voltage across C2 which is the ratio of V due to the capacitance C1 and C2, which is the voltage due to the trapped charges (9), ie, ν = Β 1 _ s 2 2 Ci + C2 C1 + C2 V2 = vs '' 1 ^ 2 = ν ssy C1 + C2 2VsC2 V = V V2 s Since V1 + V2 = Vs, C2 we find V1 = 2V (14) ι s C1 + C2 that is / the voltage across the selenium is now twice as high as that obtained with the other charging method No. 1. The total charge on C2 is now due to (13) Q2 = C2 2VsC2C2 If under these conditions the ratio of C2 / (C1 + C3) is close to one, then V2 is opposite in polarity to V1 as well as at a lower one Potential. we assume C2 = 10 C1, the ratio C / (Ci + C2) = 10/11 -i / St- and furthermore assume Vo = 100 V, results from (14) V1 - 2 χ 100 V χ 10 / 11 = 181.8 volts and V2 = -81.8 volts. Thus, as shown in equation (15), the Q2 represents a charge opposite to that on C1 and to that of the voltage supply V n. The entire Q. that moves through ο ig the external circuit, the charge initially on C2 plus the charge required to charge C2 to a voltage V of opposite polarity. Thus QSig = - 2V CC / = -C2Vs "(vcpj + C2Vs or Qsig = 2Vs ^ (16) If the detector has been exposed to X-rays," ^ Sig = (2 ^ T ~ ®Y \ -. ^ n (17), where, as before, Qv are those charges that have been neutralized by the electron- Λ ■ hole pairs that have been generated in selenium by the absorbed X-ray photons in a doubling of the voltage across the selenium without doubling the voltage that is applied across the Mylar capacitor C ". This enables the capacitor C ~ to have a thinner dielectric and thus a higher capacitance. An increase in the value of C2 im The ratio to the value of C1 brings the fraction C2 / (C. + C2) closer to one, which further increases the signal output of the detector. Another advantage of doubling the voltage across the selenium is that the increased electric field strength reduces the electron- Hole pair recombination in sele n decreases and increases the efficiency of ion pair collection. This increases the efficiency of the detector. Increasing C2 or even making Cj as small as possible has two beneficial results: A. A reduction in the capacitance of C1 is achieved by increasing the thickness of the selenium layer in the detector, which increases the X-ray absorption effect of the detector. B, A decrease in C1 when using the highest possible value of C2 reduces the total capacitance of the detector, since C1 and C ~ are in series. This lower total capacity increases the scanning speed which can be achieved with the invention. This is important because the prior art only teaches segmenting a disk into narrow sections to avoid this large capacity. Charging method No. 3 It is also possible to use a detector in which the selenium layer has a high effective dark resistance or does not have a blocking contact which is not charged prior to exposure to X-rays. That is, a detector whose photoconductor layer has no surface charge. In this method, an electrical potential is applied across the previously uncharged detector only during exposure to: X-rays. This process results in a modulated surface charge that corresponds to the degree of radiopacity of the x-ray irradiated and above the photoconductor; layer arranged object corresponds. The modulated surface charge can be read with a scanning laser beam as previously described. EXPERIMENTAL SYSTEM NO. 2 The Experimental Apparatus To evaluate the operational characteristics of the detector and readout device of the present invention, a model detector was built as in Figure 1 and mounted on an optical bench containing a He-Cd laser, converging lenses and a field stop. C2 was formed from about 5 mils (0.127 mm) of Mylar plastic coated with a few angstroms of gold, that is, until the surface resistance of the Mylar was equal to 20 ohms per square (layer 20, Figure 1). The mylar was attached with selenium layer optical putty. The laser was pulsed via a pulse generator. Charge Method No. 2 described above was used. The detector was loaded with different resistance values according to the applied voltage. A 1000 gain amplifier was used to condition the output of the detector prior to display on a storage oscilloscope. A schematic of the amplifier is given in FIG. The end. Photographs taken of the signals on the oscilloscope screen were used to measure the total area under the discharge curve using a planimeter to estimate the charge set in motion by the laser. This procedure was repeated after exposure: for an X-ray exposure measurement to determine the number of coulombs of the charge that was discharged from the X-ray exposure. Experimental Results The experiments were designed to determine whether the detector and reader of the present invention were performing as predicted. Using equation (17), the total possible signal in coulombs per 2 -11 cm was calculated, assuming Q = 0, C <= 3.69 χ 1O - 1 1? and C_ = 2.93 χ 10 farads / cm. Figure 14 is a graph of the Coulomb number predicted for such a model as a function of the supply voltage applied across the detector. Also shown in Figure 14 are some experimentally measured values of charges collected by the experimental system No. 2 installed in the experimental radiological laboratory of the M.D. Anderson Hospitals in Houston, Texas. In the experimental system No. 2, the selenium thickness became 150 \ im. measured. The second dielectric used 5 mil (0.127 mm) Mylar. All the charges calculated in FIG. 14 were calculated assuming an active area or pixel size of 2 0.3 cm and represent a total discharge of the pixel. As can be seen from FIG. 14, the correlation between calculated and measured collected charge is very good if a loss of 3.93 χ 10 coulombs is assumed. This deviation from the theoretically obtained value can be due to an incomplete discharge caused by the presence of a blocking contact at the selenium / aluminum interface. The fact that the empirical experimental data does not extrapolate to zero may also imply that as the plate approaches a total discharge, fewer charges will be collected because more recombination takes place at lower field strengths. Figure 15 is a graph of the electric field strength across the selenium layer of the detector as a function of mylar thickness, i.e., C3, for a given selenium thickness and various supply voltages applied by charging method # 2. This graph is useful in predicting the dynamic range of the system in coulombs for various combinations of C and V. In the -2 s -11 experimental system No. 2, C1 is fixed at 3.69 χ 10 farads / cm by the selenium thickness of 150 µm. Reference is again made to FIG. 15. When C ~ 8 χ 10 farads / cm and V is 2000 V, it is found that the voltage applied to the selenium is 2500 V using the charging method No. 2, and the dynamic range of the detector is 1x10 coul / cm . This means that for every square centimeter of the exposed plate "a total of 1x10 coulombs flows in the external circuit. Exposure to X-rays to produce a latent image would reduce this total. The sensitivity of the detector to X-ray exposure is of great importance. That is, how many Coulomb charges are set in motion and collected by absorbing an X-ray photon Figure 16 is a graph showing the coulombs of charge collected per X-ray exposure as a function of total exposure (measured in mAs (milliamps χ seconds) applied to an X-ray tube The X-ray system used for experimental system No. 2 was a Siemens Mammomat designed to operate with a xeroradiographic system , 5 mm alumin ium on. The transducer was housed in a 1/16 inch cassette. (1.6 mm) PVC was made and had a Bakelite closure. Figure 16 shows that the sensitivity (Q / roent.) Of the present invention is higher for larger applied voltages and that the invention is unexpectedly sensitive to lower exposure levels. The collection efficiency of the present invention, expressed in coulombs per x-ray, is much higher at low x-ray exposure levels than at high exposure levels. Figure 17 describes the same data as Figure 16; however, the x-ray detector cartridge is fitted with a 1/16 "(1.6 mm) thick PVC shutter. The high attenuation of PVC to the x-rays used in these experiments was not estimated at the time this data was collected. Figure 18 shows the efficiency of the present invention in Coulomb / Roentgen as a function of supply voltage. Again, the system is more efficient at lower levels of radiation with clarity. Table IV simply tabulates the same data. .64. cn VD vo (N CN VO 00 ro oo vo co CN VO00 <NOOCNroIOcnOOIOcn ooO cnI, 8OnCΪ • "4 ·, 74nC VD in ό vo co CTi CTl VO CN Γ0 in 70,376,574,055,3% VO, 38nC8OnCind (NCNro CN ο vo CN in in VO CTi CN co 00 CN OO in vo in (N ro CTl in υ σ σO VOσ roCN incn (NοOοσOO + 1. + 1-H ■ Η-H + 1ΟΛco r-CN roOO CTlin CNOCOroVOVOco OOOOOOOOOOOOVOCNinτ — r-τ — τ — CNCNCN If a Bakelite fastener is used at 320 mAs and 2700 V supply voltage, 92/2% of all available charges are transferred it represents a near total discharge. In view of the variation in total available charges shown in Table IV, the above example also represents, in fact, total discharges within experimental error. Figure 19 shows the total charge accumulated as a function of the voltage applied across the detector. The curves diverge for the different exposures as the applied voltage is increased. This can be interpreted to mean that the latitude of the detector, i.e. its ability to differentiate exposures of different values, increases with increasing applied voltage. An optimal margin can be determined as a compromise between the dynamic range of the system and the signal-to-noise (S / N) ratio of the detector output signal. Estimates of the values of C. and C- have been made on the basis of calculations of the capacitance value assuming a selenium thickness of 150 μm and a dielectric constant of 6.3; a mylar thickness of 4.3 mils (0.11 mm) and a dielectric constant of 3.5. The experimental results allow certain conclusions to be drawn from the present invention: (1) Use of charging method # 2 has allowed an increased voltage to be used across the selenium while maintaining a lower voltage across the mylar. (2) For a given selenium thickness, the dynamic range of the system can be changed by 1 changing the mylar thickness and the applied voltage. (3) The dynamic range of the system must necessarily be greater than the range of the charges neutralized by radiation absorption, i.e. the X-rays must not completely discharge any part of the detector. This is necessary to maintain a field above the selenium even in areas of greatest radiation exposure. If this is done, a good collection efficiency is maintained. It is empirically estimated that each pixel should not be discharged beyond% of its initial charge. However, this is only an estimate and has yet to be derived theoretically or by optimization methods. (4) Using the collected data, an example of the operating characteristics of the system can be calculated as follows: Assuming an X-ray source of 44 kVp and 320 mAs and a permeable phantom of 6 cm, the maximum exposure of the transducer is 370 mR. If the invention is operated at an applied 2700 V, 6.0 χ 10 coulombs are set in motion due to 2 -9 irradiation of an area of 0.3 cm. If a load resistance of 1000 Sl and a readout time of 4 'χ 1O- "s (corresponds to a bandwidth of 125,000 Hz), a gain of 1000 and a pixel size of 50 µm are given, the output signal is -. S. 6XiO-9COUlZCm7X 2, 5x10 ~ 5cra2 χ 1000 χ 1000 Gain out ~ I 4x1 Os ~ 2 = 4.8 χ 10 = 48mV The system noise can be estimated as the amplifier noise plus the Nyquist noise of the input resistance value to n = V4x1.37x10 23 χ 300 χ 1000 χ Τ, 5x105 '= 1.57 Using an amplifier and a noise figure of 0.8 nanovolt / fli? and 1.5 χ 105 Hz, En = 0, Sx10 "9 (1.5x105) 1 // 2 = 0 , 8x10 ~ 9 χ 3.87x102 0.309μν ■ - · ■ As a result, the amplifier noise is much larger than the Nyquist noise of the input resistance. Therefore the signal-to-noise ratio is S / N = J ^ JJ = 30.5: 1. This dynamic range produces an image with about nine to ten shades of gray. A shade of gray is defined here as \ 2 signal magnification. That is, shades of gray = log 2. EXPERIMENTAL SYSTEM NO. 3 'Figure 20 is a block diagram showing the major components of the third experimental system used in the experimental radiological department of the M.D. Anderson Hospitals in Houston, Texas. This experimental system was built to test the entire integrated system of the present invention and to provide a laboratory circuit system for initial clinical evaluation. This system is completely computerized. As shown in Figure 20, a microcomputer 2007 which is a Southwest Technical Products 6800 controls a laser blanker 2015; a 16-bit D / A converter 2011; an X position interface module 2017; a 12-bit D / A converter 2009; and a 2005 Telegraph. The 2005 Telegraph is a Model 33ASR. The 2011 16-bit D / A converter is an Analog Devices 1136 and the 2009 12-bit D / A converter is an Analog Devices 1132. The laser blanking unit and the 2015 laser are a Liconix model 4110 helium / cadmium laser The laser 2015 is accommodated in a light-tight housing that is not shown, like that shown in terms of function in FIG. 9 above. The photon beam from laser 2015 scans a detector 2019. The output of the detector 2019 is connected to the input of a preamplifier 2021. The output of the preamplifier 2021 is connected to a scan rate converter 2003, to an A / D converter 2023, and to a writing laser modulator and laser 2025. The output of the A / D converter 2 023 is an input to the microcomputer 2007. The teletype 2005 is in two-way communication with the 2007 microcomputer. From Figure 20 it can be seen that the laser 2015 is a reading laser suitable for scanning the detector 2019 and the laser 2025 is a writing laser suitable for writing information on a film or a xerographic plate. This type of system is generally described in connection with Figure 11 above. Both the reading laser beam and the writing laser beam are controlled by the microcomputer. The output signal of the 12-bit D / A converter 2009 drives a scanner, a control device and a mirror converter 2013 for the x position of the reading laser. It drives a scanner, a control device and a Spiegelwai dler 2027 for the ^ -bildende position of the write laser. Likewise, the 16-bit D / A converter 2011 drives both a scanner, a control device 30A5294 and a mirror converter 202 9 for the y position of the reading laser and a scanner, a control device and a mirror converter 2031 for the y position of the writing laser. It is easy to see that the beams from both lasers, the reading laser and the writing laser, scan synchronously, although they need not both be switched on at the same time or modulated with the same signal. Functionally, the microprocessor accepts commands from the teletype. These commands operate a computer program. A copy of a listing of this program is attached to this application for the convenience of the examiner. The inventors request that this list be included on the file so that it is available to the public as part of the file folder of this application. When the microprocessor addresses the 16-bit D / A converter and increases the number stored in it, the y-position mirrors of both lasers are deflected to a certain angle. In experimental system # 3, this angle is sufficient to move the spot illuminated on detector 2019 by 50 µm. Thus, the y-positioning of the laser beam on the detector takes place in increments of 50μΐη. The program attached to this application allows the line size on the y-axis to be specified as 50, 100, 200 or 400 μm. This can be translated into a resolution in the image generated by the system of 10, 5, 2.5 and 1.25 line pairs per millimeter. The 12-bit D / A converter is not addressed directly by the computer. The computer addresses a special interface circuit that controls the 12-bit D / A converter. This interface circuit allows the computer to specify the start and end positions of the laser beam on the detector surface and along the x-axis. A diagram of the x-position interface module 2017 is attached as Figure 24. The computer then issues a start command to the interface circuit which enables a switch selectable clock to begin incrementing the D / A converter to a specific start address. The clock continues to increment the D / A converter until the stop address is found and then the clock is disabled by the interface circuit. This x-position interface circuit fulfills two tasks! First, the data readout area can be changed. Second, detector plates of different sizes can be read out without scanning past them. This is especially valuable in an experimental system. The 2007 computer also controls the laser auto keying, which just means it turns the laser on and off. The computer scans the laser every time a χ axis scan is completed. The laser is then moved back over the detector and turned back on for the next scan line. To read out a disk using Experimental System No. 3: (1) The user specifies the disk size and the x-axis line spacing. The computer program asks for these values. (2) The x-axis interface circuit is given the appropriate start and stop addresses by the computer. (3) The x-axis line spacing and the total number of steps required are determined by the computer. (4) The computer scans the cathode ray tube and sets the sample rate converter to write mode. (5) The laser is switched on by the computer. (6) The computer commands the interface circuit to turn on the clock. (7) The x-axis mirror deflects the laser across the plate. (8) The computer turns off the laser. (9) The computer increments the y-axis D / A converter by the required number of steps that move the laser beam through the specified line spacing. (10) The computer then repeats steps 5 through 9 until the entire disk has been scanned. (11) The computer sets the sampling rate converter to read mode and the image is displayed. The x-position scan controller and the y-position scan controller for the read laser both feed the scan rate converter 2003. The scan rate converter allows a relatively slow video image such as that formed by Experimental System No. 3 to be matched to a television display device. The scan rate converter 2003 outputs a normal video signal to the cathode ray tube display device 2001 where the image can be viewed, scrolled around the screen, or expanded for detailed examination. The exemplary and recommended systems illustrated and explained in this specification are intended only to demonstrate the best known way to the inventors of the art to make and use their invention. Nothing in this description should be taken as a limitation on the scope of the present invention. Many changes can be made by those skilled in the art to create equivalent systems without departing from the invention. For example, a photoconductor other than selenium can be used as part of the detector sandwich structure. Holographic optics could be used in the scanning system instead of the mechanical systems used in the example. It may be desirable to change the relative thicknesses of the various wells that make up the sandwich structure, or to provide light beams at different frequencies in order to read out the radiographic image or to sample other X-ray potentials. The present invention should be limited only by the following claims and their equivalents. Claims.
1. Expositionsmeßvorrichtung mit1. Exposure measuring device with
einer Strahlungsquelle, die zur Bestrahlung der Detektorstruktur mit einer Strahlung geeignet ist, die zur Erzeugung
von Elektron-Loch-Paaren in der Photoleiterschicht des Detektors in der Lage ist;a radiation source that is suitable for irradiating the detector structure with radiation that is used to generate
of electron-hole pairs in the photoconductor layer of the detector is capable;
einer mehrschichtigen Detektorstruktur mit einer äußeren Schaltung zwischen ihrer transparenten Isolierschicht und
ihrer leitenden Platte;a multilayer detector structure with an external circuit between its transparent insulating layer and
its conductive plate;
einer Einrichtung zum Messen des Stromflusses in der externen
Schaltung, wenn der Detektor durch die Quelle bestrahlt wird.a device for measuring the current flow in the external
Switching when the detector is irradiated by the source.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stromfluß von lediglich einem Teil der Detektorstruktiur gemessen wird,
wobei dieser kleine Teil elektrisch vom größeren Teil des Detektors segmentiert wird.2. Device according to claim 1, in which the current flow is measured by only part of the detector structure,
this small part being electrically segmented from the larger part of the detector.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Stromfluß
von mehreren kleinen segmentierten Teilen des Detektors gemessen wird.3. Apparatus according to claim 2, wherein the current flow
is measured by several small segmented parts of the detector.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer auf die Meßeinrichtung ansprechenden Steuereinrichtung zum Anhalten
der Bestrahlung, wenn die Gesamtladung eine vorgewählte Grenze erreicht.4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, with a responsive to the measuring device control device for stopping
of irradiation when the total charge reaches a preselected limit.