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Feststoff-Bildverstärker
Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoff-
Bildverstärker mit einem mit zwei Elektroden zum
Anlegen einer elektrischen Spannung versehenen
Bildschirm, der aus einander zugeordneten Ele- menten mit einem lumineszierenden bzw. einem photo-empnndlichen Stoff besteht, welche photo- empfindlichen Elemente durch Beeinflussung des elektrischen Feldes über den zugeordneten Elemen- ten mit dem lumineszierenden Stoff die Lumines- zenz dieser Elemente steuern. Unter photoemp- findlichem Stoff wird in diesem Falle ein Stoff ver- standen, dessen spezifische elektrische Impedanz durch korpuskulare oder elektromagnetische Strah- lung umkehrbar beeinflusst werden kann.
Nachstehend werden die Elemente mit dem photoempfindlichen Stoff kurz photoempfindliche
Elemente und die Elemente mit dem lumi- naszierenden Stoff lumineszierende Elemente ge- nannt. Ein solcher Feststoff-Bildverstärker ermög- licht, ein auf die photoempfindlichen Elemente projiziertes primäres Strahlungsbild dadurch zu verstärken und/oder sichtbar zu machen, dass die örtlich von der Primärstrahlung hervorgerufenen Impedanzänderungen der photo-empfindlichen Elemente örtlich den an den lumineszierenden Elementen wirksamen Teil der angelegten elektrischen Spannung steuern und dass Änderungen in diesem Teil der Spannung eine Änderung der Lumineszenz der betreffenden lumineszierenden Elemente hervorrufen.
Letzteres kann dadurch bewerkstelligt werden, dass für die lumineszierenden Elemente ein elektro-lumineszierender Stoff gewählt wird. Es kann auch ein lumineszierender Stoff angewandt werden, der IFeldlöschung der Lumineszenz aufweist, wobei dann die lumineszierenden Elemente mittels von einer Hilfsstrahlungsquelle stammender Strahlung zum Aufleuchten gebracht werden sollen.
Unter Feldlöschung der Lumineszenz wird hier die Erscheinung verstanden, dass ein auf den Stoff wirkendes elektrisches Feld in einem mit der Stär- ke dieses Feldes zunehmenden Ausmass eine durch die Strahlung z. B. durch Ultraviolett-, Röntgenoder Elektronenstrahlen, erzeugte Lumineszenz verringert. Im Falle eines elektrolumineszierenden Stoffes hat eine Zunahme der Teilspannung über den lumineszierenden Elementen eine Zunahme der Lumineszenz zur Folge. Im Falle eines eine
Feldlöschung herbeiführenden Stoffes bedingt eine
Zunahme der Teilspannung eine Abnahme der ursprünglich durch die Hilfsstrahlung erzeugten
Lumineszenz.
Bei den bekannten Feststoff-Bildverstärkern ein- gangs erwähnter Art sind die einander zugeordne- ten photo-empfindlichen und lumineszierenden
Elemente elektrisch in Reihe geschaltet, so dass eine durch die Strahlung erzeugte Impedanz- änderung des photoempfindlichen Stoffes eine im entgegengesetzten Sinne auftretende Änderung der Teilspannung über den zugeordneten lumineszierenden Elementen bedingt.
Die Erfindung bezweckt, einen Feststoff-Bildverstärker zu schaffen, bei dem die photoempfindlichen Elemente auf andere Weise den Wert der elektrischen Teilspannung über den lumineszierenden Elementen steuern.
Gemäss der Erfindung bilden einander zuge- ordnete photoempfind ! Iiche und lumineszierende Elemente zwei elektrisch parallele Stromwege, von denen der eine wenigstens ein lumineszieren- des Element und der andere nur ein photo-empfindliches Element bzw. einen Teil davon enthält und dass der Bildschirm Impedanzelemente mit einem Stoff enthält, dessen spezifische Impedanz für Strahlung unempfindlich ist, die mit je einer zwei Stromwege zeigenden Anordnung von zugeordneten Elementen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Die Parallelschaltung eines photoempfindlichen Elementes mit einem zugeordneten lumineszierenden Element hat zur Folge, dass die Anderung der Impedanz eines photoempfindlichen Elementes infolge der auf dieses Element fallenden Strahlung eine in demselben Sinne auftretende Anderung der Teilspannung über dem zugeordneten lumineszierenden Element bedingt.
Der Vorteil des angegebenen Aufbaus ist der, dass die Dunkelimpedanz eines photoempfindlichen Elementes bedeutend weniger kritisch ist als bei der bekannten Bauart von Feststoff-Bildverstärkern des eingangs erwähnten Typs.
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mente verschiedene, in der Stärkerichtung des Schirmes hintereinander liegende Schichten und die durch die photoempfindlichen Elemente gebildete Schicht ist auf der von der Schicht der lumineszierenden Elemente abgewendeten Seite unter Zwischenfügung der Impedanzelemente mit zwei gesonderten Elektroden versehen, die interliniiert angeordnet sind.
Es ist vorteilhaft, die Stärke der Impedanzelemente zwischen einer Elektrode und der Schicht mit den photo-empfindlichen Elemen- ten kleiner zu wählen als die Stärke der photoempfindlichen und der lumineszierenden Schichten gemeinsam. Vorzugsweise ist die Schicht der lumineszierenden Elemente auf der von der Schicht mit den photo-empfindliohen Elementen abgewendeten Seite mit einer sich praktisch über Ee ganze Schicht erstreckenden, durchsichtigen Hilfselektrode versehen.
Bei einer anderen Ausführungsform des Feststoff-Bildverstälkers nach der Erfindung liegen die lumineszierenden und die photo-empfindlichen Elemente praktisch in der gleichen Ebene, wobei diese Elemente abwechselnd angeordnet sind. Auf einer Seite der durch die beiden Arten von Elementen gebildeten Schicht befindet sich eine Elektrode, während auf der anderen Seite dieser Schicht die zu einer Schicht vereinigten Impedanzelemente angebracht sind, welch letztere Schicht an sich mit der zweiten Elektrode versehen ist.
Ausserdem befinden sich zwischen der aus den photo-empfindlichen und den lumineszierenden Elementen bestehenden Schicht und der Impedanzschicht eine Anzahl gesonderter, elektrisch leitender Hilfselektrodenteile, die an je ein aus einem photo-empfind-
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des soebenWenn der photoempfindliche Stoff für das von dem lumineszierenden Stoff ausgesandte Lumineszenzlicht empfindlich ist, muss zwischen den verschiedenen Arten von Elementen ein das Lumineszenzlicht abschirmendes Material angebracht werden, um eine die Wirkung beeinträchtigende Rückkopplung zu verhüten. Es ist bekannt, bei Feststoff-Bildverstärkern mit zwischen zwei Elektroden angeordneten hintereinander liegenden Schichten mit einem photo-empfindlichen bzw. einem elektrolumineszierenden Stoff eine dünne, undurchsichtige Zwischenschicht, z.
B. aus einem schwarzen Lack anzubringen. Eine solche Schicht kann auch bei der vorstehend angegebenen Aus- führungsform des Feststoff-Bildverstär1 rs nach der Erfindung, der auch zwei hintereinander liegende Schichten mit einem photo-empfindlichen bzw. einem lumineszierenden Stoff enthält, verwendet werden.
Bei der Ausführungsform, bei der die verschiedenen Elemente praktisch in der gleichen Ebene liegen, können zwischen den angrenzenden Rän- dern der verschiedenen Elemente Linien aus einem undurchsichtigen Material z. B. einem schwarzen Lack angebracht werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung einiger Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch einen kleinen Teil eines Feststoff-Bildverstärkers, wobei ein Schnitt in einer zur Zeichnungsebene parallelen Ebene dargestellt ist, Fig. 2 einen Teil des elek- trischen Ersatzdiagrammes des Bildschirmes dieser Einrichtung, Fig. 3 einen Teil eines Schnittes einer etwas abgeänderten Ausführungsform des Bildschirmes und Fig. 4 schematisch einen Teil eines Querschnittes einer anderen Ausführungsform des Feststoff-Bildverstärkers nach der Erfindung.
Die Fig. 5,6 und 7 veranschaulichen verschiedene Möglichkeiten der gegenseitigen Anordnung der photo-empfindlichen undloder lumineszierenden Elemente bei einem Feststoff-Bildverstärker nach Fig. 4, gesehen quer zu deren Ebene.
Es sei bemerkt, dass deutlichkeitshalber verschiedene Abmessungen in den Figuren nicht im gegenseitig richtigen Verhältnis dargestellt sind. Insbesondere sind die Stärkeabmessungen gewisser Schichten der Bildschirme mehr oder weniger übertrieben angegeben. In der nachfolgenden Beschreibung sind einige brauchbare Werte für solche Abmessungen angegeben.
Der Feststoff-Bildverstärker nach Fig. 1 hat eine Platte 1 aus Glas, die den Träger des Bildschirmes bildet Diese Platte, die gegebenenfalls eine ge- krümmt Gestalt haben kann, ist auf der Vorderseite mit einer durchsichtigen Elektrode 2 versehen, die durch eine dünne Schicht leitenden Zinnoxvds auf der Platte gebildet wird. Auf dieser Elektrode 2 befindet sich eine elektro-lumineszierende Schicht 3 mit einer Stärke von etwa 50fut, die im wesentlichen aus einem elektrolumi- neszierenden Stoff mit einem Bindemittel besteht.
Die Schicht 3 kann z. B. aus Zinksulfid, Zinkselenid oder Mischkristallen derselben bestehen.
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benenfalls gemeinsam mit l,10 eg. Atom Mangan pro Grammolekül Zinksulfid oder Zinkselenid aktiviert sind. Das Bindemittel kann durch Harnstoffformaldehyd gebildet werden.
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lJ starken,reflektierenden Schicht 4 überzogen, die aus Titandioxyd besteht. Die Schicht 4 ist an sich mit einer Schicht 5 überzogen, die im wesentlichen aus einem photo-empfindlichen Stoff d. h. einem Stoff besteht, dessen spezifische, elektrische Impedanz durch elektromagnetische oder korpuskulare Strahlung umkehrbar beeinflusst werden kann.
Im vor- liegenden Falle besteht die Schicht 5 im wesentlichen aus photoleitenden Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid z. B. mit 2. 10-" Atom Kupfer und 1,9.10os Atom Chlor oder Gallium pro
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Grammolekül Cadmiumsulfid aktiviert. Die Stärke der Schicht 5 beträgt 15-30 (1.. Die Schicht kann z. B. durch Aufdampfen oder Aufspritzen auf die
Schicht 4 angebracht werden.
Die photo-empfindliche Schicht 5 und die Rän- der der reflektierenden Schicht 4 und der elektro- lumineszierenden Schicht 3 sind mit einer Schicht 6 überzogen, die durchsichtig ist und im wesentlichen einen Stoff enthält, dessen spezifi- sche, elektrische Impedanz praktisch nicht von Strahlung'beeinflusst wird. Die Schicht 5 kann z. B. aus einem Athoxylinharz, einem Polyesterharz oder Polytetrafluoräthylen bestehen. Vorzug- weise wird ein Material mit einer hohen Dielektri- zitätskonstante, einer hohen elektrischen Durch- schlagfestigkeit und einem hohen spezifischen Widerstand verwendet. Die Stärke der Impedanz- schicht 6 ist vorzugsweise nicht grösser als die der
Schichten 3,4 und 5 zusammen.
Die Impedanzschicht 6 ist auf der Aussenseite mit zwei kammförmigen Elektroden 7 und 8 versehen, deren Zinken ineinander eingreifen und sich parallel zueinander erstrecken. Die Elektroden können durch Aufdampfen von Metall z. B. Silber in dem gewünschten Muster auf die Impedanz- schicht erhalten werden, sie lassen sich jedoch auch auf andere Weise anbringen, z. B. auf photomechanischem Wege oder durch ein Druckverfahren. Die Zinken der Elektroden haben eine Breite von etwa zul während der Mittellinien- abstand ! zwischen aufeinanderfolgenden Zinken verschiedene Elektroden 1200-2000 (1. beträgt.
Zur Inbetriebnahme des vorstehend geschilder- ten Bildschirmes werden die Anschlussklemmen 9 bzw. 10 der Elektroden 7 und 8 mit einer Wechselspannungsquelle n verbunden, deren
Spannung derart gewählt ist, dass im Dunkeln, d. h. ohne dass die photo-empfindliche Schicht durch die Impedanzschicht 6. hindurch. von Strahlung beeinflusst wird, die elektro-lumineszierende
Schicht 3 deutlich aufleuchtet.
Der geschilderte Bildschirm ist tatsächlich aus einer Menge einander zugeordneter Impedanzelemente, photo-empfindlicher Elemente und elektrolumineszierender Elemente zusammengebaut. Das vereinfachte, elektrische Ersatzschaltbild einer Reihe solcher Elemente ist in Fig. 2 dargestellt.
Dieses Schaltbild enthält Kondensatoren 20 und21, die durch Teile der Impedanzschicht 6 unterhalb der Zinken der Elektroden 7 und 8 gebildet werden. Weiter enthält es Widerstände 22, deren Widerstandswert durch Strahlung zu erniedrigen ist und die durch Teile der photo-empfindlichen Schicht 5 gebildet'werden, die sich unterhalb der Schicht 6'von einer zu der anderen Elektrode erstrecken. Teile der Zwischenschicht 4 und der elektro-lumineszierenden Schicht, 3, die unterhalb der Zinken der Elektrode 7 liegen, bilden die Kondensatoren 23 und 24, während die Kondensatoren 25 und 26 Teile dieser Schichten sind, welche sich unterhalb der Zinken der Elektrode 8 befin- den.
Wie aus dem Schaltbild ersichtlich ist, ist in jedem Abschnitt des Netzwerkes der Widerstand 22 parallel zur Reihenschaltung der zugehörenden
Kondensatoren 23,24 und 25, 26 gelegt, wobei zu dieser Parallelschaltung die zugehörenden Konden- satoren 20 und 21 in Reihe geschaltet sind.
Eine an die Klemmen 9 und 10 gelegte Wech- selspannung wird somit, in Abhängigkeit von dem
Wert des Widerstandes 22, eine grössere oder kleinere Teilspannung über den Kondensatoren
24 und 26 erzeugen.
Die Teilspannung ist maximal, wenn der Widerstand 22 den Maximalwert hat. Änderungen des Wertes eines Widerstands 22 infolge Strahlung, die von der Seite der Elektro- den 7 und 8 her auf die photo-empfindliche
Schicht 5 des Feststoff-Bildverstärkers nach Fig. 1 geworfen wird, ergeben infolgedessen eine An- derung in demselben Sinne des in den zugehören- den elektro-lumineszierenden Teilen (Kondensa- toren 24 und 26) erzeugten Lumineszenzlichtes, das durch die leitende Elektrode 2 und den
Träger 1 hindurch ausgestrahlt wird.
Ein auf die Schicht 5 des Feststoff-Bildverstär- kers nach Fig. 1 projiziertes primäres Strahlung- bild erzeugt daher auf der Seite des Trägers 1 ein
Lumineszenzbild im Negativ des Primärbildes. Die
Einrichtung nach Fig. l ist z. B. zur Beurteilung photographischer Negative anwendbar. Soll ein positives Strahlungsbild in ein gleichfalls posi- tives Lumineszenzbild umgewandelt werden, so kann man zwei solcher Feststoff-Bildverstärker op- tisch in Kaskade schalten.
Die leitende Elektrode 2 braucht infolge der elektrischen Symmetrie jedes Abschnittes des den Bildschirm bildenden Netzwerkes nicht mit der
Spannungsquelle verbunden zu werden. Ge- wünschtenfalls kann diese Elektrode jedoch mit einer Klemme der Spannungsquelle verbunden werden, deren Potentiale in der Mitte zwischen denen der Klemmen 9 und 10 liegen.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt einen Teil des Querschnittes eines Bildschirmes, der sich von dem in Fig. 1 dargestellten Bildschirm nur darin unterscheidet, dass die Impedanzelemente nicht eine ge- schlossene, an allen Stellen gleich starke Schichte bilden, sondern sich praktisch nur unterhalb der Zinken der Elektroden befinden. Die Elektroden 7 und 8 liegen somit auf sich parallel erstreckenden Rippen 30.
Die Zinken der Elektroden 7 und 8 brauchen nicht notwendigerweise gerade Linien zu bilden, sie können auch Wellenlinien oder Zickzacklinien bilden. Wesentlich ist, dass sie örtlich parallel zueinander liegen. Man kann die Elektroden 7 und 8 z. B. auch in der Form örtlich paralleler geometrischer Spiralen gestalten.
Bei dem in Fig. 4 veranschaulichten Aus- führungsbeispiel des Feststoff-Bildverstärkers nach der Erfindung ist auf einer flachen Seite einer aus : Glas'bestehenden Trägerplatte 40 eine Elektrode 41 angebracht, die aus leitendem Zinnoxyd oder Metall besteht. Dieses Material kann in Form einer geschlossenen Schicht oder eines feinmaschigen
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Netzwerkes angebracht sein. Auf der Elektrode 41 liegt eine Impedanzschicht 42, die der Impedanzschicht 6 des an Hand der Fig. 1 geschilderten Beispiels entspricht. Auf der von dem Träger 40 abgewendeten Seite der Impedanzschicht 42 sind eine Anzahl ineinander abwechselnder Elemente 43 und 44 angebracht, die im wesentlichen einen photo-empfindlichen bzw. einen elektro-lumines- zierenden Stoff enthalten.
Diese Elemente, die praktisch in der gleichen Ebene liegen, können die gleiche Zusammensetzung wie die photo-leitende
Schicht 5 bzw. die elektro-lumineszierende
Schicht 3 in dem Beispiel nach Fig. l haben. Um eine Rückwirkung des in den elektro-lumines- zierenden Elementen 44 erzeugten Lichtes auf die daneben liegenden photo-leitenden Elemente 43 zu verhüten, ist zwischen den angrenzenden Elemen ten eine undurchsichtige Trennwand 45 angeord- net. Diese Wände können durch Zeilen aus einem undurchsichtigen Lack gebildet werden. Auf der
Aussenseite der von den Elementen 43 und 44 ge- bildeten Schicht befindet sich eine sich praktisch ganz über die Schicht erstreckende Elektrode 46.
Die Elektroden 41 und 46 haben Anschlussklemmen 47 und 48, durch welche sie an eine
Wechselspannungsquelle angeschlossen werden können.
Die Form und die Anordnung der photo-leiten- den und der elektro-lumineszierenden Elemente können verschieden gewählt werden. Einige Beispiele sind in den Fig. 5,6 und 7 angegeben, die eine Flächen-Ansicht dieser Elemente zeigen. Die elektro-lumineszierenden Elemente können ähnlich wie die photo-leitenden Elemente gerade Bahnen 51 bzw. 50 bilden (Fig. 5), mit je einer Breite von z. B. 50011'Es ist jedoch vorteilhafter, die Bahnen mit den elektro-lumineszierenden und der photo-leitenden Substanz nicht, wie nach Fig. 5, gerade Linien, sondern wellenförmige oder Zickzacklinien bilden zu lassen. Letzteres ist in Fig. 6 dargestellt, in der photo-empfindliche Bahnen mit 60 und elektro-lumineszierende Bahnen mit 61 bezeichnet sind.
Die in Fig. 7 dargestellte Konfiguration zeigt eine Abwechslung von mehr oder weniger viereckigen photo-leitenden und elektro-lumines- zierenden Elementen 70 bzw. 71, ähnlich den schwarzen und weissen Feldern eines Schachbretts.
Der Schnitt nach Fig. 4 ergibt sich jeweils durch einen Schnitt längs der Linie IV-IV bei den Konfigurationen nach Fig. 5, Fig. 6, und Fig. 7.
Bei jeder dieser Konfigurationen sind nebeneinander liegende photo-empfindliche und elektrolumineszierende Elemente paarweise auf der Seite der Impedanzschicht 42 mit einem mehr oder weniger parallelogrammförmigen Hilfselektrodenteil 49 versehen. Dieser Hilfselektrodenteil hat in der Richtung quer zur Trennwand 45 der beiden Elemente die grösste Abmessung. Bei allen Hilfselektrodenelementen eines Bildschirmes ist die Richtung von einem photo-empfindlichen Element zu einem elektro-lumineszierenden Element die- selbe, so dass die Definition des Lumineszenzbildes unter den obwaltenden Umständen möglichst gross ist.
Eine den Elektroden 41 und 46 zugeführte elektrische Spannung wird sich an der Stelle eines bestimmten Hilfselektrodenteiles 49 über die verschiedenen Schichten entsprechend dem Verhältnis der Impedanz des Teiles der Impedanzschicht 42 zwischen dem Hilfselektrodenteil und der Elektrode 41 und der Impedanz der elektrischen Parallelschaltung. der beiden von dem Hilfselektr0- denteil abgedeckten Elemente 43 und 44 verteilen.
Die dabei über dem betreffenden elektro-lumineszierenden Element 44 vorhandene Spannung wird somit von der Impedanz des zugeordneten photo- empfindlichen Elementes 43 beeinflusst.
Indem auf die aus den elektro-lumineszierenden
Elementen 44 und den photo-leitenden Elemen- ten 43 zusammengesetzte Schicht ein Primär- strahlungsbild projiziert wird, nimmt, die Impedanz jedes durch einen Hilfselektrodenteil 49 bedingten photo-empfindlichen Elementes einen Wert ent- sprechend der örtlichen Intensität des Primärbildes an. Die Elektrolumineszenz des zugeordneten elektro-lumineszierenden Elementes passt sich an, wodurch diese Elemente gemeinsam ein Lumines- zenzbild zeigen, das ähnlich wie bei dem Fest- stoff-Bildverstärker nach Fig. l, das negative
Muster des Primärstrahlungsbildes bildet.
Das Primärstrahlungsbild kann auf der Seite der Elektrode 47 auf den photoempfindlichen
Elementen 43 gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, dieses Bild von dem Träger 40, der Elek- trode 41, der Impedanzschicht 42 und den Hilfs- elektroden 49 auf den photoempfindlichen Ele- menten bilden zu lassen. Die erwähnten Teile sol- len dabei für die Primärstrahlung durchlässig sein.
Sind diese Schichten auch für das Elektrolumines- zenzlicht durchlässig, so ist das Lumineszenzbild von beiden Seiten des Bildschirmes her wahrnehm- bar.
Wird das Primärstrahlunasbild durch den Trä- ger 40 hindurch auf der aus den Elementen 43 und 44 zusammengebauten Schicht gebildet, so ist es vorteilhaft, die von dieser Schicht abgewen- dete Grenzfläche 39 des Trägers derart zu profi- lieren, dass eine Linsenwirkung entsteht, wodurch die Primärstrahlung im wesentlichen auf die
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Bei den vorstehend an Hand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen des FeststoffBildverstärkers nach der Erfindung ist stets von einem elektro-lumineszierenden Stoff als dem wesentlichsten Bestandteil der lumineszierenden Elemente die Rede gewesen. Man kann jedoch auch einen Lumineszenzstoff verwenden, der nicht elektro-luminesziert, sondern der eine Feldloschung der darin durch eine Hilfsstrahlung erzeugten Elektrolumineszenz aufweist.
Ein solcher Stoff ist z. B. Zinksulfid, das durch 3. 10- g. Atom Silber und etwa eine gleiche Menge Gallium oder Chlor pro Grammol Zinksulfid aktiviert ist. Im Betrieb
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eines Feststoff-Bildverstärkers, bei dem die lumineszierenden Elemente des Bildschirmes einen diese Feldlöschung herbeiführenden Lumineszenz-Stoff enthalten ist es erforderlich, diese Elemente mittels einer geeigneten Hilfsstrahlung lumineszieren zu lassen. Diese Lumineszenz wird von dem elektrischen Feld über den lumineszierenden Elementen in Abhängigkeit von seiner Intensität mehr oder weniger gelöscht.
Diejenigen Elemente, die einem photo-empfindlichen Element zugeordnet sind, dessen Impedanz durch die örtliche Intensität des Primärstrahlungsbildes mehr oder weniger verringert ist, werden somit eine entsprechend stärkere Lumineszenz aufweisen. In diesem Falle ist das Lumineszenzbi1d das positive Bild des Primärstrahlungsbildes.
Die Hilfsstrahlung zum Erzeugen der Lumineszenz der lumineszierenden Elemente kann bei einem FeststoffiBiIdveratärker nach den Fig. 1 und 3 ohne weiteres durch den Träger 1 hindurch auf die lumineszierende Schicht 3 projiziert werden. Da zwischen der lumineszierenden Schicht 3 und der photo-empfmdlichen Schicht 5 eine Zwischenschicht 4 angebracht ist, die gegebenenfalls noch mit einer dünnen Schicht schwarzen Lacks auf der Seite der photo-empfindlichen Schicht verstärkt ist, wird die photo-empfindliche Schicht nicht von der Hilfssfrahhmg gefährdet.
Bei einem Zusammenbau, des Bildschirmes nach den Fig. 4 bis 7 wird die Hilfsstrahlung vorzugsweise auf der Seite der Elektrode 46 auf die lumineszierenden Elemente projiziert. Wenn die photo, empfindlichen ELemente 43 für diese Hilfsstrahlung empfindlich sind, müssen diese Elemente
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die Hilfsstrahlung abgeschirmt werden.kann dadurch erfolgen, dass auf die Elektrode 46 eine Maske gebracht wird, die auf der Stelle der photo-empfindlicben Elemente undurchsichtig ist.
Eine solche Maske kann auf photographischem Wege hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Feststoff. Bildverstärker mit, einem mit zwei Elektroden zum Anlegen einer elektrischen Spannung versehenen Bildschirm, der aus einander zugeordneten Elementen mit einem lumineszierenden bzw. einem photoempfindlichen Stoff besteht, welche photoempfindlichen Elemente durch Beeinflussung des elektrischen Feldes über den zugeordneten Elementen mit dem lumineszierenden Stoff die Lumineszenz dieser Elemente steuern, dadurch
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photoempfindliche und lumineszierende Elemente zwei elektrisch parallele Stromwege bilden, von denen der eine wenigstens ein lumineszierendes Element und der andere nur ein photoempfindliches Element bzw.
einen Teil davon enthält und dass der Bildschirm Impedanzelemente mit einem Stoff enthält, dessen spezifische Impedanz für Strahlung unempfindlich ist, die mit je einer zwei Stromwege zeigenden Anordnung von zugeordneten Elementen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
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Solid image intensifier
The invention relates to a solid
Image intensifier with one with two electrodes for
Applying an electrical voltage provided
Screen which consists of elements assigned to one another with a luminescent or a photosensitive substance, which photosensitive elements control the luminescence of these elements by influencing the electric field via the assigned elements with the luminescent substance. In this case, a photosensitive substance is understood to be a substance whose specific electrical impedance can be reversibly influenced by corpuscular or electromagnetic radiation.
In the following, the elements with the photosensitive substance will be referred to as photosensitive for short
Elements and the elements with the luminescent substance are called luminescent elements. Such a solid image intensifier enables a primary radiation image projected onto the photosensitive elements to be intensified and / or made visible in that the impedance changes of the photosensitive elements caused locally by the primary radiation locally correspond to the part of the applied to the luminescent elements Control electrical voltage and that changes in this part of the voltage cause a change in the luminescence of the luminescent elements concerned.
The latter can be achieved by choosing an electro-luminescent substance for the luminescent elements. It is also possible to use a luminescent substance which has field extinction of the luminescence, in which case the luminescent elements are to be made to light up by means of radiation originating from an auxiliary radiation source.
Field extinction of the luminescence is understood here to mean the phenomenon that an electric field acting on the substance increases to an extent that increases with the strength of this field. B. by ultraviolet, X-ray or electron beams, generated luminescence is reduced. In the case of an electroluminescent substance, an increase in the partial voltage across the luminescent elements results in an increase in the luminescence. In the case of a
Field deletion of the substance requires a
An increase in the partial voltage means a decrease in the amount originally generated by the auxiliary radiation
Luminescence.
In the case of the known solid image intensifiers of the type mentioned at the beginning, the photosensitive and luminescent are assigned to one another
Elements electrically connected in series so that a change in the impedance of the photosensitive substance produced by the radiation causes a change in the partial voltage across the associated luminescent elements that occurs in the opposite sense.
The invention aims to provide a solid-state image intensifier in which the photosensitive elements control the value of the partial electrical voltage across the luminescent elements in a different way.
According to the invention, mutually assigned photosensitiv! Iiche and luminescent elements two electrically parallel current paths, one of which contains at least one luminescent element and the other only a photosensitive element or part thereof and that the screen contains impedance elements with a substance whose specific impedance is insensitive to radiation which are electrically connected in series with an arrangement of associated elements each showing two current paths.
The parallel connection of a photosensitive element with an assigned luminescent element has the consequence that the change in the impedance of a photosensitive element due to the radiation falling on this element causes a change in the partial voltage across the assigned luminescent element in the same sense.
The advantage of the specified construction is that the dark impedance of a photosensitive element is significantly less critical than in the known construction of solid image intensifiers of the type mentioned at the beginning.
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mente different layers lying one behind the other in the direction of thickness of the screen and the layer formed by the photosensitive elements is provided on the side facing away from the layer of the luminescent elements with two separate electrodes interposed with the interposition of the impedance elements.
It is advantageous to choose the thickness of the impedance elements between an electrode and the layer with the photosensitive elements to be smaller than the thickness of the photosensitive and the luminescent layers together. The layer of the luminescent elements is preferably provided on the side facing away from the layer with the photosensitive elements with a transparent auxiliary electrode extending practically over the entire layer.
In another embodiment of the solid image amplifier according to the invention, the luminescent and the photosensitive elements are practically in the same plane, these elements being arranged alternately. An electrode is located on one side of the layer formed by the two types of elements, while the impedance elements combined to form a layer are attached to the other side of this layer, the latter layer itself being provided with the second electrode.
In addition, a number of separate, electrically conductive auxiliary electrode parts are located between the layer consisting of the photosensitive and the luminescent elements and the impedance layer, each of which is connected to a photo-sensitive element.
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If the photosensitive material is sensitive to the luminescent light emitted by the luminescent material, a material shielding the luminescent light must be placed between the various types of elements in order to prevent the feedback from being impaired. It is known in solid image intensifiers with layers arranged one behind the other with a photosensitive or an electroluminescent substance, a thin, opaque intermediate layer, e.g.
B. to be attached from a black paint. Such a layer can also be used in the above-mentioned embodiment of the solid image intensifier according to the invention, which also contains two successive layers with a photosensitive or a luminescent substance.
In the embodiment in which the various elements are practically in the same plane, lines made of an opaque material, e.g. B. be attached to a black paint.
The invention is explained below with reference to the drawings of some exemplary embodiments. In the drawing, FIG. 1 shows schematically a small part of a solid-state image intensifier, a section being shown in a plane parallel to the plane of the drawing, FIG. 2 part of the electrical equivalent diagram of the screen of this device, FIG. 3 part of a section a somewhat modified embodiment of the screen and FIG. 4 schematically a part of a cross section of another embodiment of the solid-state image intensifier according to the invention.
5, 6 and 7 illustrate different possibilities for the mutual arrangement of the photosensitive and / or luminescent elements in a solid-state image intensifier according to FIG. 4, viewed transversely to their plane.
It should be noted that, for the sake of clarity, different dimensions in the figures are not shown in mutually correct relationship. In particular, the thickness dimensions of certain layers of the screens are given more or less exaggerated. In the following description some useful values for such dimensions are given.
The solid image intensifier according to FIG. 1 has a plate 1 made of glass, which forms the support of the screen. This plate, which can optionally have a curved shape, is provided on the front with a transparent electrode 2, which is covered by a thin layer conductive tin oxvds is formed on the plate. On this electrode 2 there is an electro-luminescent layer 3 with a thickness of about 50 μm, which essentially consists of an electroluminescent substance with a binding agent.
The layer 3 can e.g. B. of zinc sulfide, zinc selenide or mixed crystals consist of the same.
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if necessary together with 1.10 eg. atom of manganese per gram molecule of zinc sulfide or zinc selenide are activated. The binder can be formed by urea formaldehyde.
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lJ thick, reflective layer 4 coated, which consists of titanium dioxide. The layer 4 is covered with a layer 5 which consists essentially of a photosensitive substance d. H. consists of a substance whose specific electrical impedance can be reversibly influenced by electromagnetic or corpuscular radiation.
In the present case, the layer 5 consists essentially of photoconductive cadmium sulfide or cadmium selenide, e.g. B. with 2. 10- "atom of copper and 1.9.10os atom of chlorine or gallium per
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Gram molecule of cadmium sulfide activated. The thickness of layer 5 is 15-30 (1 .. The layer can, for example, by vapor deposition or spraying onto the
Layer 4 can be attached.
The photosensitive layer 5 and the edges of the reflective layer 4 and the electro-luminescent layer 3 are coated with a layer 6 which is transparent and essentially contains a substance whose specific electrical impedance is practically not affected by radiation 'being affected. The layer 5 can e.g. B. consist of an Athoxylinharz, a polyester resin or polytetrafluoroethylene. A material with a high dielectric constant, a high dielectric strength and a high specific resistance is preferably used. The thickness of the impedance layer 6 is preferably not greater than that of the
Layers 3, 4 and 5 together.
The impedance layer 6 is provided on the outside with two comb-shaped electrodes 7 and 8, the prongs of which engage one another and extend parallel to one another. The electrodes can by vapor deposition of metal z. B. silver can be obtained in the desired pattern on the impedance layer, but they can also be applied in other ways, z. B. photomechanically or by a printing process. The prongs of the electrodes have a width of about perm during the center line distance! between successive prongs different electrodes 1200-2000 (1st.
To start up the screen described above, the connection terminals 9 and 10 of the electrodes 7 and 8 are connected to an alternating voltage source n
Voltage is chosen such that in the dark, i.e. H. without the photosensitive layer passing through the impedance layer 6.. is influenced by radiation, the electro-luminescent
Layer 3 clearly lights up.
The screen shown is actually composed of a number of associated impedance elements, photosensitive elements and electroluminescent elements. The simplified electrical equivalent circuit diagram of a number of such elements is shown in FIG.
This circuit diagram contains capacitors 20 and 21 which are formed by parts of the impedance layer 6 below the prongs of the electrodes 7 and 8. It also contains resistors 22, the resistance value of which is to be reduced by radiation and which are formed by parts of the photosensitive layer 5 which extend below the layer 6 ′ from one electrode to the other. Parts of the intermediate layer 4 and the electro-luminescent layer 3, which lie below the prongs of the electrode 7, form the capacitors 23 and 24, while the capacitors 25 and 26 are parts of these layers, which are located below the prongs of the electrode 8. the.
As can be seen from the circuit diagram, in each section of the network the resistor 22 is parallel to the series connection of the associated
Capacitors 23, 24 and 25, 26 are placed, the associated capacitors 20 and 21 being connected in series for this parallel connection.
An alternating voltage applied to terminals 9 and 10 is thus, depending on the
Value of resistor 22, a larger or smaller partial voltage across the capacitors
24 and 26 generate.
The partial voltage is at a maximum when the resistor 22 has the maximum value. Changes in the value of a resistor 22 as a result of radiation from the side of the electrodes 7 and 8 on the photo-sensitive
Layer 5 of the solid image intensifier according to FIG. 1, result in a change in the same sense of the luminescent light generated in the associated electro-luminescent parts (capacitors 24 and 26), which is produced by the conductive electrode 2 and the
Carrier 1 is broadcast through.
A primary radiation image projected onto the layer 5 of the solid image intensifier according to FIG. 1 therefore generates a radiation image on the side of the carrier 1
Luminescence image in the negative of the primary image. The
Device according to Fig. L is z. B. applicable to the assessment of photographic negatives. If a positive radiation image is to be converted into an equally positive luminescence image, two such solid image intensifiers can be optically cascaded.
The conductive electrode 2 does not need any section of the network forming the screen because of the electrical symmetry
Voltage source to be connected. If desired, however, this electrode can be connected to a terminal of the voltage source whose potentials are in the middle between those of terminals 9 and 10.
3 of the drawing shows part of the cross-section of a screen which differs from the screen shown in FIG. 1 only in that the impedance elements do not form a closed layer that is equally thick at all points, but is practically only underneath Tines of the electrodes. The electrodes 7 and 8 thus lie on ribs 30 extending in parallel.
The prongs of the electrodes 7 and 8 need not necessarily form straight lines, they can also form wavy lines or zigzag lines. It is essential that they are spatially parallel to one another. You can the electrodes 7 and 8 z. B. also in the form of locally parallel geometric spirals.
In the exemplary embodiment of the solid image intensifier according to the invention illustrated in FIG. 4, an electrode 41 made of conductive tin oxide or metal is attached to a flat side of a carrier plate 40 made of glass. This material can be in the form of a closed layer or a fine mesh
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Network. An impedance layer 42, which corresponds to the impedance layer 6 of the example described with reference to FIG. 1, lies on the electrode 41. On the side of the impedance layer 42 facing away from the carrier 40, a number of alternating elements 43 and 44 are attached which essentially contain a photosensitive or an electro-luminescent substance.
These elements, which are practically in the same plane, can have the same composition as the photo-conductive
Layer 5 or the electro-luminescent one
Layer 3 in the example of FIG. In order to prevent the light generated in the electro-luminescent elements 44 from affecting the adjacent photoconductive elements 43, an opaque partition 45 is arranged between the adjacent elements. These walls can be formed by lines of an opaque varnish. On the
On the outside of the layer formed by the elements 43 and 44 there is an electrode 46 which extends practically completely over the layer.
The electrodes 41 and 46 have terminals 47 and 48 through which they are connected to a
AC voltage source can be connected.
The shape and the arrangement of the photo-conductive and the electro-luminescent elements can be chosen differently. Some examples are given in Figures 5, 6 and 7, which show a surface view of these elements. The electro-luminescent elements, like the photoconductive elements, can form straight tracks 51 and 50 (FIG. 5), each with a width of, for. B. 50011 'It is, however, more advantageous to let the tracks with the electro-luminescent and the photo-conductive substance not form straight lines, as in FIG. 5, but rather wavy or zigzag lines. The latter is shown in FIG. 6, in which photosensitive tracks are designated by 60 and electro-luminescent tracks are designated by 61.
The configuration shown in FIG. 7 shows an alternation of more or less square photo-conductive and electro-luminescent elements 70 and 71, similar to the black and white fields of a chess board.
The section according to FIG. 4 results from a section along the line IV-IV in the configurations according to FIGS. 5, 6 and 7.
In each of these configurations, photo-sensitive and electroluminescent elements lying next to one another are provided in pairs on the side of the impedance layer 42 with a more or less parallelogram-shaped auxiliary electrode part 49. This auxiliary electrode part has the largest dimension in the direction transverse to the partition 45 of the two elements. The direction from a photosensitive element to an electro-luminescent element is the same for all auxiliary electrode elements of a screen, so that the definition of the luminescent image is as large as possible under the prevailing circumstances.
An electrical voltage supplied to the electrodes 41 and 46 will be at the location of a certain auxiliary electrode part 49 across the various layers according to the ratio of the impedance of the part of the impedance layer 42 between the auxiliary electrode part and the electrode 41 and the impedance of the electrical parallel connection. of the two elements 43 and 44 covered by the auxiliary electrode part.
The voltage present across the relevant electro-luminescent element 44 is thus influenced by the impedance of the associated photosensitive element 43.
By turning to the electro-luminescent
Elements 44 and the layer composed of the photo-conductive elements 43 is projected a primary radiation image, the impedance of each photosensitive element caused by an auxiliary electrode part 49 assumes a value corresponding to the local intensity of the primary image. The electroluminescence of the associated electro-luminescent element adapts, as a result of which these elements together show a luminescence image which, similar to the solid image intensifier according to FIG. 1, is negative
Forms pattern of the primary radiation image.
The primary radiation image can be on the side of the electrode 47 on the photosensitive
Elements 43 are formed. However, it is also possible to have this image formed by the carrier 40, the electrode 41, the impedance layer 42 and the auxiliary electrodes 49 on the photosensitive elements. The parts mentioned should be transparent to the primary radiation.
If these layers are also permeable to the electroluminescent light, then the luminescent image can be perceived from both sides of the screen.
If the primary radiation image is formed through the carrier 40 on the layer assembled from the elements 43 and 44, it is advantageous to contour the interface 39 of the carrier facing away from this layer in such a way that a lens effect is created the primary radiation essentially on the
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In the embodiments of the solid image intensifier according to the invention described above with reference to the drawing, an electro-luminescent substance has always been mentioned as the most essential component of the luminescent elements. However, it is also possible to use a luminescent substance which does not electro-luminesce, but which has a field extinction of the electroluminescence generated therein by auxiliary radiation.
Such a substance is e.g. B. Zinc sulfide, which by 3.10- g. Atom of silver and about an equal amount of gallium or chlorine per gram of zinc sulfide is activated. Operational
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a solid image intensifier, in which the luminescent elements of the screen contain a luminescent substance which causes this field cancellation, it is necessary to have these elements luminesce by means of suitable auxiliary radiation. This luminescence is more or less extinguished by the electric field over the luminescent elements depending on its intensity.
Those elements which are assigned to a photosensitive element whose impedance is more or less reduced by the local intensity of the primary radiation image will thus have a correspondingly stronger luminescence. In this case the luminescence image is the positive image of the primary radiation image.
The auxiliary radiation for generating the luminescence of the luminescent elements can easily be projected through the carrier 1 onto the luminescent layer 3 in the case of a solid-state image amplifier according to FIGS. 1 and 3. Since an intermediate layer 4 is applied between the luminescent layer 3 and the photosensitive layer 5, which is optionally reinforced with a thin layer of black lacquer on the side of the photosensitive layer, the photosensitive layer is not endangered by the auxiliary frame .
When assembling the screen according to FIGS. 4 to 7, the auxiliary radiation is preferably projected onto the luminescent elements on the side of the electrode 46. If the photo-sensitive elements 43 are sensitive to this auxiliary radiation, these elements must
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the auxiliary radiation can be shielded by placing a mask on the electrode 46 which is opaque at the location of the photosensitive elements.
Such a mask can be made by photographic means.
PATENT CLAIMS:
1. Solid. Image intensifier with, a screen provided with two electrodes for applying an electrical voltage, which consists of associated elements with a luminescent or a photosensitive substance, which photosensitive elements by influencing the electrical field over the associated elements with the luminescent substance, the luminescence of these elements control, thereby
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Photosensitive and luminescent elements form two electrically parallel current paths, one of which has at least one luminescent element and the other only one photosensitive element or
contains a part of it and that the screen contains impedance elements with a substance whose specific impedance is insensitive to radiation, which are electrically connected in series with an arrangement of associated elements showing two current paths.