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Feststoffbildverstärker
Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffbildverstärker, d. h. eine Vorrichtung, mittels der ohne Verwendung eines Vakuumgefässes ein Strahlungsbild verstärkt werden kann.
Es sind in letzter Zeit eine Anzahl Feststoffbildverstärker beschrieben worden, aie sämtlich eine Verbindung eines strahlungsempfindlichen Teiles und eines Elektroleuchtteiles enthalten. Im strahlungsempfindlichen Teil finden Stoffe Verwendung, die bei Änderung der Intensität der auffallenden Strahlung eine Änderung ihrer elektrischen Impedanz aufweisen. Der Elektroleuchtteil kann dadurch Strahlung aussenden, dass er zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, an die eine Wechselspannung angelegt wird, wobei die Intensität dieser Strahlung u. a. von der Intensität des Feldes und somit von der Spannung zwischen den Elektroden abhängig ist.
Weil der strahlungsempfindliche Teil sich zwischen dem Elektroleuchtteil und einer der Elektroden befindet, ändert sich bei Änderung der Intensität der auf den strahlungsempfindlichen Teil auffallenden Strahlung die Spannung über dem Elektroleuchtteil. Es hat sich nun herausgestellt, dass bei passender Verbindung eines strahlungsempfindlichen Teiles und eines Elektroleuchtteiles die Intensität der von dem Elektroleuchtteil ausgesandten Strahlung höher als die Intensität der auf den strahlungsempfindlichen Teil auffallenden Strahlung ist.
Bei einer gewissen praktischen Ausführungsform eines bekannten Feststoffbildverstärkers ist auf einer als Träger dienenden Unterlage, beispielsweise Glas, eine dünne leitende Schicht angebracht und auf dieser eine Schicht eines Elektioleuchtstoffes. Die dünne leitende Schicht ist für die Strahlung durchlässig, die von der Elektroleuchtschicht ausgesandt wird. Auf der dem Träger abgewendeten Seite ist die Elektroleuchtschicht mit einer strahlungsempfindlichen Schicht überzogen, die ihrerseits auf der dem Träger abgewendeten Seite mit einer Elektrode überzogen ist, die für die zu verstärkende Strahlung durchlässig ist. Als Material für die Elektroleuchtschicht wird beispielsweise mit Kupfer aktiviertes Zinksulfid und als Material für die strahlungsempfindliche Schicht Kadmiumsulfid oder Antimonsulfid gewählt.
Ein Feststoffbildverstärker gemäss der Erfindung besteht aus zwei nahezu parallelen Elektroden, einer zwischen diesen Elektroden und parallel zu ihnen angebrachten Elektroleuchtschicht und einer zwischen dieser Schicht und einer der Elektroden angebrachten strahlungsempfindlichen Schicht, die einen strahlungsempfindlichen Stoff enthält, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungsempfindliche Stoff wenigstens zur Hälfte in zwischen einem Zusatzstoff eingebetteten Körpern solcher Gestalt konzentriert ist, dass das Verhältnis des Gesamtvolumens aller Körper zur Gesamtoberfläche derselben kleiner als 0, 1 der Stärke der strahlungsempfindlichen Schicht ist.
Versuche haben gezeigt, dass infolge des besonderen Aufbaus nach der Erfindung der strahlungsempfindlichen Schicht ein erheblich grösserer Verstärkungsfaktor erzielbar ist, als wenn die gleiche Menge strahlungsempfindliches Material als geschlossene homogene Schicht angebracht wird. Dies findet vermutlich seine Erklärung in der Verringerung der Kapazität der Elektroleuchtschicht gegenüber den Elektroden bei vergrösserter Strahlungsauffangfläche.
Ein Vorteil ist ferner der, dass der Verstärkungsfaktor für einfallende Strahlung zwischen 3000 und 20000 weniger von der Wellenlänge abhängig ist als bei einem Verstärker mit einer homogenen strahlungsempfindlichen Schicht.
Die Körper. in denen der strahlungsempfindliche Stoff konzentriert ist, können sehr verschieden ge-
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Der Zusatzstoff zwischen dem die Körper eingebettet sind kann sehr verschiedenartig sein. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, ein Material mit einer geringeren Dielektrizitätskonstante als die des strahlungsempfindlichen Stoffes selbst zu wählen. Ausserdem ist eb vorteilhaft, das Verhältnis zwischen der Menge des strahlungsempfindlichen Stoffes und der Menge des Zusatzmaterials so z. i wählen, dass die mittlere Dielektrizitätskonstante der strahlungsempfindlichen Schicht kleiner als die Hälfte der Dielektrizitätskonstante des strahlungsempfindlichen Stoffes selbst ist.
Unter der mittleren Dielektrizitätskcnstaute ist hiebei der Zahlenwert zu verstehen, der gefunden wird, wenn in einer der üblichen Weisen die Dielektrizitätskonstante der strahlungsempfindlichen Schicht ermittelt wird, wobei die Messung mit einem so grossen Flächeninhalt dieser Schicht durchgeführt wird, dass keine andere mittlere Dielektrizitätskonstante gefunden wird, wenn die Messung an einer grösseren Fläche dieser Schicht durchgeführt wird, Weil die strahlungsempfindlichen Stoffe im allgemeinen eine hohe relative Dielektrizitätskonstante besitzen, die zwischen 5 und 15 liegt, sir. d viele Stoffe als Zusatzmaterial verwendbar. Geeignete Materialien sind beispielsweise Polystyren, Äthylzellulose, Glas, keramisches Material.
Die mittlere Dielektrizitätskonstante der strahlungsempfindlichen Schicht kann somit durch die Wahl des Zusatzmaterials und durch die Wahl des Verhältnisses zwischen der Menge an strah- lungsemp. rindl : crem Stoff und der Menge Zusatzmaterial in der strahlungsempfindlichen Schicht beeinflusst und geregelt werden.
Die strahlungsempfindliche Schicht kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Körper mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als der strahlungsempfindliche Stoffe selbst gelocht wird und dass die Löcher wenigstens teilweise mit dem strahlungsempfindlichen Stoff gefüllt werden.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform eines Bildverstärkers nach der Erfindung wird der strahlungsempfindliche Stoff als eine dünne Schicht auf die Wand der Öffnungen im Körper aufgebracht.
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empfindlichen Stoff auftrifft, kann in der strahlungsempfindlichen Schicht ein weiteres Material aufgenom- men werden, das die zu verstärkende Strahlung zerstreut. Dadurch ist ein hoherurnwandlungswirkungs- grad gesichert ; auch ist man weniger abhängig von der Richtung der einfallenden Strahlung. Befindet sich der strahlungsempfindliche Stoff, wie vorstehend beschrieben, als dünne Schicht auf der Innenwand der Öffnungen in der strahlungsempfindlichen Schicht, so kann der restliche Raum dieser Öffnungen mit dem zerstreuenden Material gefüllt werden.
Dies ist beispielsweise einfach, wenn die strahlungsempfindliche Schicht aus einer gelochten Glasplatte besteht. Auch das Zusatzmaterial kann die zu verstärkende Strahlung zerstreuen.
Wenn Strahlung verstärkt werden soll, die nicht gut von dem strahlungsempfindlichen Stoff absorbiert wird, so kann in die strahlungsempfindliche Schicht einLeuchtmaterial aufgenommen werden, das die zu verstärkende Strahlung gut absorbiert und in Strahlung umwandelt, tie von dem st. : ahiungsempfindli- chen Stcff gut absorbiert wird. Dieser Stoff kann beispielsweise die vorstehend beschrieDenen strahlungszerstreuenden Stoffe ersetzen.
Die Erfindung wire nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Strahlungsverstärker, bei dem der strahlungsempfindliche Stoff in streifenförmigen Körpern konzentriert ist, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Feststoffbildverstärker, bei dem die strahlungsempfindliche Schicht langgestreckte massive Zylinder aus strahlungsempfindlichem Stoff enthält, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil eines Bildverstärkers gemäss Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch einen Feststoffbildverstärker, bei dem der st. :
ahlungsempfindliche Stoff als eine dünne Wandschicht in Öffnungen eines Trägers vorgesehen ist, Fig. 5 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Feststoffbildverstärkers, bei dem ein Streuuugsmaterial Verwendung findet, Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil des Bildverstärkers gemäss Fig. 5 und Fig. í einen Schnitt durch einen Bildverstärker, der sich zum Verstärken von Röntgenstrahlen eignet.
Deutlichkeitshalber sind in den Figuren der Zeichnung einige Teile unverhähnismässig vergrössert dargestellt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Glasträger, der mit einer Elektrode 2 überzogen ist, die für die von der Elektroleuchtschicht 3 ausgesandte Strahlung durchlässig ist und beispielsweise aus leitendem Zinnoxyd besteht. Auf die Elektroleuchtschicht 3 ist die strahlungsempfindliche Schicht aufgebracht, die aus Strei- fen 4 eines strahlungsempfindlichen Stoffes, beispielsweise Kadmiumsulfid besteht, die von einem. Stoff mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Polystyren, voneinander getrennt sind. Auf der Oberseite der strahlungsempfindlichen bcaicht befindet sich eine Elektrode 5, die für die zu verstär-
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kende Strahlung durchlässig ist, beispielsweise aus Aluminium besteht, und gegebeneniallsgitterföjcmig gestaltet ist.
An die Elektroden 2 und 5 wird eine Wechselspannungsquelle 6 angeschlossen. Die Wirkungsweise dieses Strahlungsverstärkers kann kurz wie folgt beschrieben werden.
Die Elektroleuchtschicht 3 befindet sich im Wechselfeld zwischen den Elektroden 2 und 5. Weil zwischen der Elektrode 5 und der Elektroleuchtschicht 3 die strahlungsempfindliche Schicht 4 vorgesehen ist, wird die Spannung zwischen den Elektroden 2 und 5 über die strahlungsempfindliche Schicht und die Schicht 3 im Verhältnis der Impedanzen dieser Schichten verteilt. Die Impedanz der Schicht 3 ändert sich nicht, diejenige der Schicht 4 ist jedoch von der Leitfähigkeit abhängig, die ihrerseits wieder von der Intensität der in den Streifen 4 absorbierten Strahlung abhängig ist. Je höher die Impedanz der strahlungsempfindlichen Schicht ist, umso geringer ist der Teil der Spannung, der sich auf die Elektroleuchtschicht 3 überträgt.
Es hat sich nun herausgestellt, das durch die Konzentration des strahlungsempfindlichen Stoffes in den hochkantigen Streifen 4 der Verstärkungsfaktor grösser ist als wenn die gleiche Menge strahlungsempfindlicher Stoff als geschlossene homogene Schicht zwischen der Elektrode 5 und der Elektroleuchtschicht 3 angebracht sein würde, wenn die Betriebsspannung so gewählt wird, dass in beiden Fällen die Spannung in belichtetem Zustand über der Elektroleuchtschicht 3 die gleiche ist. Hiebei ist selbstverständlich angenommen, dass in beiden Fällen nahezu die gesamte Strahlung absorbiert wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der strahlungsempfindliche Stoff anders verteilt ist. Diese Figur zeigt einenQuerschnitt durch einen Feststoffbildverstärker, der aus einem Glasträger 7 besteht-der mit einer Elektrode 8, beispielsweise aus leitendem Zinnoxyd, und einer Elektroleuchtschicht 9, beispielsweise aus mit Kupfer aktiviertem Zinksulfid, überzogen ist. Auf dieser Schicht 9 ist ein Glaskörper 10 angeordnet, der mit einer Vielzahl von Löchern 11 versehen ist. Diese Löcher sind mit strahlungsempfindlichem Material, beispielsweise Kadmiumsulfid, gefüllt. Auf dem Körper 10 ist eine Elektrode 12 angeordnet, die für die zu verstärkende Strahlung durchlässig ist. Ebenso wis bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die Schichten 8 und 12 an eine Wechselspannungsquelle 13 gelegt.
Die Anzahl der Löcher und ihre Grösse sind so gewählt, dass die mittlere Dielektrizitätskonstante der kombinierten Schicht . 10 - 11 kleiner als die Hälfte der Dielektrizitätskonstante des in den Löchern angeordneten Materials ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Element nach Fig. 2, aus der ersichtlich ist, dass die Löcher 11 unregelmässig über die gesamte Oberfläche des Körpers 10 verteilt sind. Ein Glaskörper mit einer solchen Vielzahl Löchern ist bekanntlich photochemisch herstellbar.
Da Luft auch eine Dielektrizitätskonstante besitzt, die erheblich niedriger ist als die Dielektrizi- tätskonstante der meisten strahlungsempfindlichen Materialien, ist es möglich, den strahlungsempfindlichen Stoff zwischen der Elektrode und derElaktroleuchtschicht ohne irgeneinen weiteren festen Stoff anzubringen. Es ergibt sich dann gleichsam eine schwammartige Struktur. In der Praxis ist die Herstellung einer solchen Schicht selbstverständlich nicht einfach, es ist jedoch mit strahlungsempfindlichen Materialien, die nadelförmig gestaltet sind, gelungen, einen Bildverstärker herzustellen, bei dem die Nadeln sich sämtlich parallel zueinander zwischen der Elektroleuchtschicht und der Elektrode erstreckten.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einenFeststoffbildverstärker, der demjenigen der Fig. 2 und 3 ähnlich ist. Der einzige Unterschied ist der, dass der strahlungsempfindliche Stoff die Löcher 14 des Glaskörpers 15 nicht völlig ausfüllt, sondern als Wandschicht 16 auf ihrer Innenseite aufgebracht ist. Es ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform ein Teil der Strahlung nicht auf den strahlungsempfindlichen Stoff auftreffen würde, wenn sie senkrecht zur Oberfläche der Elektrode 17 auf diese auffällt. Es ist somit erforderlich, dass bei diesem Bildverstärker die Strahlung unter einem Winkel auffällt, wie er durch die Pfeile 18 angegeben ist. Dies kann mitunter ein Nachteil sein, weil die Verstärkung jetzt selbstverständlich vom Einfallswinkel abhängig wird.
Die weiteren Teile dieses Bildverstärkers sind : ein Glasträger 19 und eine dünne leitende Schicht 20, die für die von der Elektroleuchtschicht 21 ausgesandte Strahlung durchlässig ist.
Die Abmessungen der verschiedenen Teile dieses Bildverstärkers sind wie folgt :
Der Glasträger 19 hat eine Stärke von 2 mm und die auf ihn aufgebrachte Zinnoxydschicht 20 eine Stärke von höchstens 1 Il. Die Schicht 21 ist 40 u stark. Die strahlungsempfindliche Schicht 15 ist 2mm stark und der Durchmesser der Löcher im Glas ist 0, 3 mm. Der Abstand zwischen den Mittellinien der Löcher ist 0,5 mm. Die strahlungsempfindliche Schicht 16, die durch Aufdampfen erzielt ist, hat eine Stärke von 10 u. Die Elektrode 17 besteht aus einem aufgedampften Gitter aus Aluminium mit einer Stärke von 1 u, das sich mit dem Löchermuster deckt. Mittels dieses Verstärkers können Strahlungen zwischen 3000 und 20000 und kathodenstrahlen verstärkt werden.
Bei einer Speisespannung von 5 kV und einer Frequenz von 2000 Hz ist die Verstärkung wenigstens 108 für sichtbares Licht bei einem maximalen Kontrastverhältnis von 25 db.
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gibt sich ein Verstärker, der bei gleicher Spannung über der Elektroleuchtschicht eine Verstärkung aufweist, die für sichtba-es Lichr kanm über 1 hinaus geht und für Infrarotbilder bei einem maximalen Kon- tastverhältnis des Ausgangsbildes von weniger als 20 db höchstens 50 beträgt.
Um die dem Verstärker nach Fig. 4 eigene Richtungsabhängigkeit zu verringern, kann eine Bauart ge- mäss Fig. 5 Verwendung finden. Diese Figur zeigt wieder einen Schnitt, wobei wie ersichtlich, der Aufbau nahezu gleich demjenigen des Verstärkers nach Fig. 4 ist. Der einzige Unterschied ist der, dass die Löcher 22 im Körper 23 mit einem Stoff, z. B. Magnesiumoxyd in Kunstharz, Opalglas od. dgl., ge- füllt sind, der die einfallende Strahlung nach allen Seiten zerstreut, wie dies durch die Pfeile angegeben ist. Diese zerstreute Strahlung fällt auf den strahlungsempfindlichen Stoff 24.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines Teiles der Elemente nach Fig. 4 und 5, wobei die oberen Elektroden (17 in Fig. 4 und 31 in Fig. 5) fortgelassen sind.
Beim Bildverstärker nachFig. 5 können die Löcher anstatt mit einem die Strahlung zerstreuenden Stoff mit einem Stoff gefüllt werden, der die einfallende Strahlung in eine andere Strahlung umwandelt, die dann von dem strahlungsempfindlichen Stoff 24 absorbiert wird. So wird verfahren, wenn der strahlungsempfindliche Stoff 24 die zu verstärkende Strahlung nicht gut absorbiert. Insbesondere zum Verstärken von Röntgenstrahlenbildern ist diese Ausführungsform vorzuziehen. Die Löcher 22 können dann z. B. mit Kalziumwolframat oder mit Silber aktiviertem Zinksulfid ausgefüllt werden.
Eine Abänderung dieser Ausführungsform zeigt Fig. 7. Bei dieser abgeänderten Ausführungsform befinden sich auf einem Glasträger 25 eine Schicht aus leitendem Zinnoxyd 26 und eine Elektroleuchtschicht 27. Diese Schicht 27 ist mit einer Schicht 28 überzogen, die im wesentlichen aus Kalziumwolframat besteht und eine Vielzahl feiner Löcher aufweist, die mit einem strahlungsempfindlichen Stoff 29, beispielsweise Kadmiumsuliid, gefüllt sind. Auf diese Schicht ist eine zweite Elektrode 30 aufgebracht, die für die Strahlung durchlässig ist, die von dem Kalziumwolframat in eine Strahlung umgewandelt wird, die von den Elementen 29 absorbiert werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Feststoffbildverstärker, der aus zwei nahezu parallelen Elektroden, einer zwischen diesen Elektroden und parallel dazu angebrachten Elektroleuchtschicht und einer zwischen dieser Schicht und einer der Elektroden angebrachten strahlungsempfindlichen Schicht besteht, die einen strahlungsempfindlichen Stoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungsempfindliche Stoff wenigstens zur Hälfte in zwischen einem Zusatzstoff eingebetteten Körpern solcher Gestalt konzentriert ist, dass das Verhältnis des Gesamtvolumens aller Körper zur Gesamtoberfläche derselben kleiner als 0, 1 der Stärke der strahlungempfindlichen Schicht ist.