Способ визуализации рентгеновского изображения и фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского изображения Советский патент 1983 года по МПК H01J31/48 H01J31/50 

эо

Эо

эо

2.Способ по п. 1, отличающий -с я тем,что, с целью исключения влияния саморазряда мишени темновым током, на металлический слой мишени подают отрицательный, импульс напряжения, амплитуда которого изменяется по экспоненциальному закону

с постоянной времени, равной постоянной времени разряда необлученной мишени.

3.Фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского изображения, содержащее вакуумированную колбу, в которой последовательно

расположены катод, фокусирующие электроды, сетка мишени и мишень, выполненная из полупроводникового и металлического слоев, отличающеес я тем, что, с целью улучшения качества изображения за .счет повышения э.ффективности преобразования и отношения сигнал/шум, в мишени выполнены сквозные отверстия, а за мишенью со стороны, противоположной катоду, размещена система электродов для преобразования электронного потока в видеосигнал или видимое изображение.

1. Способ визуализации рентгеновского изображения, состоящий в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным потоком путем подачи положительного потенциала относительно катода на металлический слой ьюшени и облучают мишень преобразуемым рент;геновским изображением, о т л и ч a ю щи и с я тем, что, с целью гулучшения качества изображения за счет повышения эффективности преобразования и. отношения сигнал/шум преобразованного изображения, для модуляции потока электронов при прохождении его через отверстия мишени на металлический слой мишени подают отрицательный импульс напряжения и одновременно на электрод приемного л индикаторного элемента подают положительный импульс напряжения, облус чают мишень равномерным потоком электронов , a прошедший сквозь мишень j поток электронов направляют на прием-О ный элемент для преобразования в видц I мое изображение или видеосигнал.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к визуализации рентгеновского изображения.

Известен способ визуализации ренгеновского изображения, реализованн в рентгеновском электрооптическом преобразователе (РЭОПе), согласно i ко горому рентгеновское изображение вначале преобразуют в слабое световое изображение с помощью слоя люмин фора, затем световое изображение преобразуют в электронное изображение с помощью фотокатода, нанесенного непосредственно на слой люминофора, затем с помощью электрического поля, приложенного между фотокатодом и выходным экраном, ускоряют электронное изображение, т, е. усиливают его по мощности, фокусируют на выходной экран, с помощью которого электронное изображение вновь преобразуют в световое , Данный способ имеет следующие недостатки: толщина входного слоя люминатора мала, так как он не прозрачен для собственного излучения и, как следствие, малая часть подающего рентгеновского излучения поглощается в слое люминофора и преобразуется в свет, квантовый выход внешнего фотоэффекта всегда существенно меньше единицы, обычно он 0,1-0,2; конверсионная эффективность люминофора в зависимости от типа люминофора изменяется в пределах 0,08 - 0,25.

В результате указанных причин КПД входного преобразователя, преобразующего энергию рентгеновского изображения в электронное изображение, низкий.

Наиболее (близким к предлагаемому по технической сущности является способ визуализации рентгеновского изображения, состоящий в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным потоком, подавая положительный потенциал относительно катода на металлический слой мишени и облучают мишень преобразуемым рентгеновским изображением 2 .

Наиболее близким к предлагаемому по. технической сущности является также фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского изображения, содержащее вакуумированную колбу, в которой последовательно расположены катод, фокусирующие электроды, сетка мишени и мишень, выполненная из полупроводникового и метёшлического слоев {2 .

Недостатком известного способа является то, что ,идеосигнал усиливают с помощью видеоусилителя. При этом собственные шумы видеоусилителя в значительной мере ограничивают чувствительность такой рентгенотелевизионн€ й установки. Причем в данном случае видеосигнал образуется током дозарядки мишени и поэтому не может превышать по величине заряд, накопленный на элементарном участке мишени, соответствующем однму элементу разложения, т. е.

, л CuU

где {(.. - ток сигнала,

С - емкость элементарного

участка мишени; ли - глубина потенциального

рельефа;

tj - время коммутации элементаного участка мишени.

Таким образом, ток сигнала рентгенрдикона оказывается пропорциональным емкости С, которая уменьшается увеличением толщины полупроводникового слоя. Следовательно, в рентгенвидиконе толщину полупроводникового слоя нельзя брать большой, так как при этом уменьшается ток сигнала, в то же время для повышения эффективности поглощения излучения необходимо увеличивать толщину мишени.

Исходя из компромисса между этими двумя противоречидыми условиями, обычно выбирают толщину полупроводникового слоя мишени 50 - 300 мкм, Лри этом рентгенвидикон эффективно работать только при напряжении на рентгеновской трубке & 150 кВ и при просвечивании мальах толщин.

Цель изобретения - улучшение качества изображения за счет повышения эффективности преобразования и отнсядения сигнал/шум преобразованного изображения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу визуализации рентгеновского изображения, состоящему в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным потоком электронов, подавая положительный потенциал относительно катода на металлический слой мишени, и облучают мишень преобразуемым рентгеновским изображением, для модуляции потока электронов при прохождении его через отверстия мишени на металлический слой мишени подают отрицательный импульс напряжения и одновременно на электрод приемного индикаторного элемен.та подают положительный импульс напряжения, облучают мишень равномерным потоком электронов, а прошедший сквозь мишень поток электронов направляют на приемный элемент для преобразования в видимое изображение или видеосигнал.

Кроме того, с целью исключения влияния саморазряда мишени темновым током на металлический слой мишени подают отрицательный иМрульс напряжения, .амплитуда которого иэмен.яется по экспоненте с постоянной времени равной постоянной времени разряда ненеоблученной мишени.

В фотоэлектронном устройстве для визуализации рентгеновского изображения, содержащем вакуумированную колбу, в которой последовательно расположены катод, фокусирующие электроды, сетка мишени и мишень, выполненная из полупроводникового и металлического слоев, в мишени выполнены сквозные отверстия, а за мишенью со стороны, противоположной катоду, размещена система электродов, преобразующеш электронный поток в видеосигнал или видимое изображение.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, выполненное в виде РЭОПа, в котором может быть реализован способ; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и токов, поясняющие способ.

Устройство содержит вакуумную колбу 1 катод 2, сетку 3 мишени, мишень 4, которая состоит из полупроводникового слоя 5 и металлического слоя 6, фокусирующне электрода 7, экран 8, металлизированный

слой 9 экрана и люминесцентный слой 10 экрана.

На фиг. 2 обозначены: диагра1-1мы 11 изменения напряжения на металлическом слое мишени, диаграммы 12 изменения напряжения на левой стороне полупроводникового слоя мишени, диаграммы 13 изменения напряжения на емкости полупроводникового слоя мишени, диаграммы 14 изменения тока через отверстия в мишени на металлизирован10ный слой экран и диаграммы 15 напряжения на металлизированном слое экрана.

Способ осуществляется следукяцим образом.

5

Цикл начинается с подачи на металлический слой 6 мишени положительного напряжения по величине меньшего, чем первый критический потенциал полупроводникового материала мишени,

0 при этом коэффициент вторичной эмиссии мишени для электронов катода меньше единицы и равновесным потенциалом для левой стороны мишени является потенциал катода.

5

Затем мишень облучают потоком медленных электронов, испускаемых катодом 2 в течение длительности положительного импульса. В результате осаждения электронов потенциал левой стороны мишени понижается до

0 потенциала катода ((диаграмма 12 , а тем самьш емкость мишени заряжгшэт . отрицательно ((диаграмма 13 У на величину положительного напряжения приложенного кметаллическому слою-ми5шени. При этом экран не светится, посколь су отсутствует ускоряющее напряжение. По мере зарядки мишени все большая часть электронов отражается от мишени и стекает на

0 сетку мишени и к концу импульса электроны практически не попадают на мишень.

Затем подают на металлический слой мишени отрицательный импульс ,

5 напряжения, при этом снижается потенциал как правой, так и левой стороны мишени диаграммы 11 и 12 . Причем потенциал левой стороны мишени становится отрицательным (диаграмма 12). Одновременно на металлизированный

0 слой экрана подают положительный импульс напряжения (диаграмма 15), од.нако сразу после подачи положительного импульса электроны не проходят в отверстия мишени и ток на

5 металлизированном слое экрана отсутствует (диаграмма 1) экран не светится. Отсутствует и ток на мишень так как она имеет относительно катода отрицательHyiJ потенциал. Полу0проводниковый слой мишени начинает разряжаться. Вследствие действия рентгеновского излучения для разных участков полупроводникового слоя по стояннаяг времени оказывается различной. На диаграммгис 12 и 13 приве5

дены кривые разряда для светлого и темного участков изображения, т,а. на мишени тем самым накаливают потенциальный рельеф. По мере разряда полупроводникового слоя потенциал левой стороны мишени повышается до величины UOTC электроны начинают проходить через отверстия в мишени. Далее эти электроны ускоряют ускоряющим полем фокусируют на экране и с помощью экрана преобразуют в видимое изображение. Как видно из диаграммы 14, .модуляция электронного потока, проходящего через отверстия в мишень, осуществляется за счет двух факторов: изменения числа электронов, проходящих через отверстие в мишени при изменении отрицательног потенциала на левой стороне мишени,, что эквивалентно изменению напряжения на модуляторе передающей трубки, и изменения времени, в течение которого мишень открыта и течет ток. Как видно из диаграммы 14, экран при использовании предлагаемого способа облучается импульсным потоком электронов, но при достаточно высокой частоте импульсов, за счет послесвечения люминофора и инерционност глаза мелькания яркости будут не заметны.

В предлагаемом способе целесообразно на металлический слой мишени подавать отрицательный импульс с амплитудой, изменяющейся по экспоненте с постоянной времени необлученной мишени. В этом случае можно так подобрать амплитуду отрицательного импульса, что потенциал необлученного участка мишени будет оставаться постоянным во времени воспроизведени изображения, мишень не будет пропускать электронный поток, что позволит повысить контраст выходного из:ображения.

Для повышения контраста выходного изображения путем создания более глубокого потенциального рельефа на мишени целесообразно во время зарядки мишени подавать на металлический слой мишени положительный импульс с экспоненциально нарас ающей амплитудой, при этом амплитуда импульса

может быть больше первого критического потенциала полупроводникового слоя мишени, соответственно больше .будет начальный заряд на полупроводниковом слое мишени и, как следствие большая глубина потенциального рельефа на мишени.

Кроме того,фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского изображения может быть выполнено в виде передающей телевизионной трубки,.когда перед мишенью установлен электронный прожектор с системой сканирования электронного луча, а за мишенью со стороны, противоположной катоду, размещена система электродов преобразующая электронный поток в видеосигнал.

Преимуществом предлагаемого устройства в виде передающей телевизионной трубки является уменьшение степени облучения рентгеновским излучением обслуживающего установку персонала.

Толщину полупроводникового слоя при использовании предлагаемого спо.соба можно взять существенно больше, .чем в известном способе, так как сигнальный заряд образуется путем модуляции электронного потока потенциалом мишени, который при воспроизведении не снимается. Модулируемый заряд в этом случае может быть больш чем заряд, накопленный на мишени, т. е. возможно усиление изображения по току. Увеличение толщины мишени позволяет преобразовать большую часть подающего излучения, т. е. повысить эффективность преобразования.

Моделированное электронное изображение, прошедшее через мишень, в дальнейшем усиливается по мощности ускорения электрическим.полем.

В предлагаемом способе возможно повьйнение контраста изображения путем увеличения амплитуды отрицательного импульса, подаваемого во времени воспроизведения на меогаллический слой мишени при одновременном увеличении амплитуда, экспоненциального положительного импульса, подаваемого во время зарядки мишени.

/J

7

фаг.2.