Festkörperbildverstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörper bildverstärker, das heisst eine Vorrichtung, mittels derer ohne die Verwendung eines Vakuumgefässes ein Strahlungsbild verstärkt werden kann.
Es sind in letzter Zeit eine Anzahl Festkörper bildverstärker bekannt geworden, die sämtlich eine Verbindung eines strahlungsempfindlichen Teils und eines Elektroleuchtteils (elektrolumineszierenden Teil) enthalten. Im strahlungsempfindlichen Teil finden Stoffe Verwendung, die bei Änderung der Intensität der auffallenden Strahlung eine Änderung ihrer elek trischen Impedanz aufweisen. Der Elektroleuchtteil kann dadurch Strahlung aussenden, dass er zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, an die eine Wechsel spannung 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 den Elek- troleuchtteil. Es hat sich nun herausgestellt, dass bei passender Verbindung eines strahlungsempfindlichen Teils und eines Elektroleuchtteils die Intensität der von dem Elektroleuchtteil ausgesandten Strahlung höher als die Intensität der auf den strahlungsemp findlichen Teil auffallenden Strahlung ist.
Bei einer gewissen praktischen Ausführungsform eines bekannten Festkörperbildverstärkers ist auf einer als Träger dienenden Unterlage, beispielsweise Glas, eine dünne leitende Schicht angebracht und auf dieser eine Schicht eines Elektroleuchtstoffes. Die dünne leitende Schicht ist für die Strahlung durch lässig, die von der Elektroleuchtschicht ausgesandt wird. Auf der dem Träger abgewendeten Seite ist die Elektroleuchtschicht mit einer strahlungsempfind lichen Schicht überzogen, die ihrerseits auf der dem Träger abgewendeten Seite mit einer Elektrode über zogen ist, die für die zu verstärkende Strahlung durchlässig ist.
Als Material für die Elektroleucht- schicht wird beispielsweise mit Kupfer aktiviertes Zinksulfid und als Material für die strahlungsemp findliche Schicht Kadmiumsulfid oder Antimonsulfid gewählt.
Der Festkörperbildverstärker gemäss der Erfin dung besteht aus zwei 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 strahlungs empfindlichen Stoff enthält, und ist dadurch gekenn zeichnet, dass der strahlungsempfindliche Stoff wenig stens zur Hälfte in Körper solcher Gestalt konzen triert ist, dass der Quotient des Rauminhalts und des Oberflächeninhalts dieser Körper geringer als 0,1 der Stärke der strahlungsempfindlichen Schicht ist.
Versuche haben gezeigt, dass infolge des beson deren Aufbaus nach der Erfindung der strahlungs empfindlichen Schicht ein erheblich grösserer Ver stärkungsfaktor erzielbar ist, als wenn die gleiche Menge strahlungsempfindliches Material als eine ge schlossene homogene Schicht angebracht wird. Dies findet vermutlich seine Erklärung in der Verringe rung der Kapazität der Elektroleuchtschicht gegen über den Elektroden bei vergrösserter Strahlungs- auffangfläche.
Ein Vorteil ist ferner der, dass der Verstärkungs faktor für einfallende Strahlung zwischen 3000 und 20000 A 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 staltet sein, beispielsweise als langgestreckte massive oder hohle Zylinder, dünne Streifen, langgestreckte Prismen, Parallelepipeda usw.
Das Material, das die Körper voneinander trennt, nachstehend als Zusatzmaterial bezeichnet, kann sehr verschiedenartig sein. Es hat sich jedoch als vorteil haft erwiesen, ein Material mit einer geringeren Di- elektrizitätskonstante als die des strahlungsempfind lichen Stoffes selbst zu wählen, ausserdem ist es vor teilhaft, das Verhältnis zwischen der Menge des strah lungsempfindlichen Stoffes und der Menge des Zu satzmaterials so zu wählen, dass die mittlere Dielek- trizitätskonstante der strahlungsempfindlichen Schicht kleiner als die Hälfte der Dielektrizitätskonstante des strahlungsempfindlichen Stoffes selbst ist.
Unter der mittleren Dielektrizitätskonstante ist hierbei der Zahlwert zu verstehen, der gefunden wird, wenn in einer der üblichen Weisen die Dielek- trizitätskonstante der strahlungsempfindlichen Schicht ermittelt wird, wobei die Messung mit einem so grossen Flächeninhalt dieser Schicht durchgeführt wird, dass keine andere mittlere Dielektrizitätskon- stante gefunden wird, wenn die Messung an einer grösseren Fläche dieser Schicht durchgeführt wird.
Weil die strahlungsempfindlichen Stoffe im allgemei nen eine hohe relative Dielektrizitätskonstante be sitzen, die zwischen 5 und 15 liegt, sind viele Stoffe als Zusatzmaterial verwendbar. Geeignete Materialien sind beispielsweise Polystyren, Äthylzellulose, Glas, keramisches Material. Die mittlere Dielektrizitäts- konstante der strahlungsempfindlichen Schicht kann somit durch die Wahl des Zusatzmaterials und durch die Wahl des Verhältnisses zwischen der Menge an strahlungsempfindlichem Stoff und der Menge Zusatz material in der strahlungsempfindlichen Schicht be einflusst und geregelt werden.
Die strahlungsempfindliche Schicht kann beispiels weise dadurch hergestellt werden, dass ein Körper mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante als der strahlungsempfindliche Stoff selbst gelocht wird und dass die Löcher wenigstens teilweise mit dem strah lungsempfindlichen Stoff gefüllt werden.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Bild verstärkers kann der strahlungsempfindliche Stoff als eine dünne Schicht auf die Wand der Öffnungen im Körper aufgebracht sein.
Weil es gewünscht ist, dass ein möglichst grosser Teil der zu verstärkenden Strahlung auf den strah lungsempfindlichen Stoff auftrifft, kann in der strah lungsempfindlichen Schicht ein weiteres Material auf genommen werden, das die zu verstärkende Strahl lung zerstreut. Dadurch ist ein hoher Umwandlungs- wirkungsgrad gesichert und auch ist man weniger abhängig von der Richtung der einfallenden Strah lung. Befindet sich der strahlungsempfindliche Stoff, wie vorstehend beschrieben, als eine dünne Schicht auf der Innenwand der Öffnungen in der strahlungs empfindlichen Schicht, so kann der restliche Raum dieser Öffnungen mit dem zerstreuenden Material gefüllt werden.
Dies ist beispielsweise einfach, wenn die strahlungsempfindliche Schicht aus einer geloch ten 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 ein Leuchtmaterial aufgenommen werden, das die zu verstärkende Strahlung gut absorbiert und in Strah lung umwandelt, die von dem strahlungsempfind lichen Stoff gut absorbiert wird. Dieser Stoff kann beispielsweise die vorstehend beschriebenen strah- lungszerstreuenden Stoffe ersetzen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der Fig. 1 einen Schnitt durch einen Strahlungsver stärker darstellt, bei dem der strahlungsempfindliche Stoff in streifenförmigen Körpern konzentriert ist, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Festkörperbild- verstärker darstellt, bei dem die strahlungsempfind liche Schicht langgestreckte massive Zylinder aus strahlungsempfindlichem Stoff enthält, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil eines Bild verstärkers gemäss Fig. 2 darstellt,
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Festkörperbild- verstärker darstellt, bei dem der strahlungsempfind liche Stoff als eine dünne Wandschicht in Öffnungen eines Trägers vorgesehen ist, Fig. 5 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Festkörperbildverstärkers darstellt, bei dem ein Streuungsmaterial Verwendung findet, Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil des Bild verstärkers gemäss Fig. 5 darstellt, Fig.7 einen Schnitt durch einen Bildverstärker darstellt, der sich zum Verstärken von Röntgenstrah len eignet.
Deutlichkeitshalber sind in den Figuren der Zeichnung einige Teile unverhältnismässig 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 durch lässig ist und beispielsweise aus leitendem Zinnoxyd besteht, auf die Elektroleuchtschicht 3 ist die strah lungsempfindliche Schicht aufgebracht, die aus Strei fen 4 eines strahlungsempfindlichen Stoffes, beispiels weise Kadmiumsulfid, besteht, die von einem Stoff mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante, bei spielsweise Polystyren, voneinander getrennt sind.
Auf der Oberseite der strahlungsempfindlichen Schicht befindet sich eine Elektrode 5, die für die zu ver stärkende Strahlung durchlässig ist, beispielsweise aus Aluminium besteht, und gegebenenfalls gitterförmig gestaltet ist. An die Elektroden 2 und 5 wird eine Wechselspannungsquelle 6 angeschlossen. Die Wir kungsweise 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 Elektroleucht- schicht 3 die strahlungsempfindliche Schicht 4 vor gesehen ist.
Wird die Spannung zwischen den Elek troden 2 und 5 über die strahlungsempfindliche Schicht und die Schicht 3 im Verhältnis der Impe danzen dieser Schichten verteilt. Die Impedanz der Schicht 3 ändert sich nicht, aber diejenige der Schicht 4 ist von der Leitfähigkeit abhängig, die ihrerseits wieder von der Intensität der in den Streifen 4 absor bierten Strahlung abhängig ist. Je höher die Impe danz der strahlungsempfindlichen Schicht, um so geringer der Teil der Spannung, der sich auf die Elektroleuchtschicht 3 überträgt.
Es hat sich nun herausgestellt, dass durch die Konzentration des strah lungsempfindlichen Stoffes in den hochkantigen Strei fen 4 der Verstärkungsfaktor grösser ist, als wenn die gleiche Menge strahlungsempfindlicher Stoff als eine geschlossene homogene Schicht zwischen der Elek trode 5 und der Elektroleuchtschicht 3 angebracht sein würde, wenn die Betriebsspannung so gewählt wird, dass in beiden Fällen die Spannung in belich tetem Zustand über der Elektroleuchtschicht 3 die gleiche ist. Hierbei ist selbstverständlich angenom men, dass in beiden Fällen nahezu die gesamte Strah lung absorbiert wird.
Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der strahlungsempfindliche Stoff anders verteilt ist. Diese Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Festkörper bildverstärker, der aus einem Glasträger 7 besteht, der mit einer Elektrode 8, beispielsweise leitendem Zinnoxyd, und einer Elektroleuchtschicht 9, beispiels weise aus mit Kupfer aktiviertem Zinksulfid, über zogen ist. Auf dieser Schicht 9 ist ein Glaskörper 10 angeordnet, der mit einer Vielzahl Löchern 11 ver sehen ist. Diese Löcher sind mit strahlungsempfind lichem Material, beispielsweise Kadmiumsulfid, ge füllt. Auf dem Körper 10 ist eine Elektrode 12 angeordnet, die für die zu verstärkende Strahlung durchlässig ist.
Ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. l werden die Schichten 8 und 12 an eine Wechselspannungsquelle 13 gelegt. Die Anzahl der Löcher und ihre Grösse sind so gewählt, dass die mitt lere Dielektrizitätskonstante der kombinierten Schicht 10-11 kleiner als die Hälfte der Dielektrizitäts- konstante des in den Löchern angeordneten Mate rials ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Element nach Fig. 2, aus der ersichtlich ist, dass die Löcher 11 un regelmässig über die gesamte Oberfläche des Körpers 10 verteilt sind. Ein Glaskörper mit einer solchen Vielzahl Löchern ist bekanntlich photochemisch her stellbar.
Da Luft auch eine Dielektrizitätskonstante besitzt, die erheblich niedriger ist als die Dielektrizitäts- konstante der meisten strahlungsempfindlichen Mate rialien, ist es möglich, den strahlungsempfindlichen Stoff zwischen der Elektrode und der Elektroleucht- schicht ohne irgendeinen weiteren festen Stoff anzu- bringen. Es ergibt sich dann gleichsam eine schwamm artige 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 Bild verstärker herzustellen, bei dem die Nadeln sich sämt lich parallel zueinander zwischen der Elektroleucht- schicht und der Elektrode erstreckten.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Feststoff bildverstärker, der demjenigen der Fig. 2 und 3 ähn lich ist. Der einzige Unterschied ist der, dass der strahlungsempfindliche Stoff die Löcher 14 des Glas körpers 15 nicht völlig ausfüllt, sondern als eine Wandschicht 16 auf ihrer Innenseite aufgebracht ist. Es ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform ein Teil der Strahlung nicht auf den strahlungsempfind lichen Stoff auftreffen würde, wenn sie senkrecht zur Oberfläche der Elektrode 17 auf diese auffällt. Es ist somit erwünscht, 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 selbstver ständlich vom Einfallswinkel abhängig wird. Die weiteren Teile dieses Bildverstärkers sind: Ein Glas träger 19 und eine dünne leitende Schicht 20, die für die von der Elektroleuchtschicht 21 ausgesandte Strahlung durchlässig ist.
Die Abmessungen der unterschiedlichen 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 /.c. Die Schicht 21 ist 40 ,It stark. Die strahlungsempfindliche Schicht 15 ist 2 mm stark und der Durchmesser der Löcher im Glas ist 0,3 mm. Der Abstand zwischen den Mittel linien der Löcher ist 0,5 mm.
Die strahlungsempfind liche 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 p,, das sich mit dem Löchermuster deckt. Mittels dieses Verstärkers können Strahlung zwischen 3000 und 20000 A und Kathodenstrahlen verstärkt werden. Bei einer Speisespannung von 5 kV und einer Frequenz von 2000 Hz ist die Verstärkung wenigstens 102 für sichtbares Licht bei einem maxi malen Kontrastverhältnis von 25 dB.
Wenn die gleiche Menge strahlungsempfindlicher Stoff als eine homogene Schicht aufgebracht wird, ergibt sich ein Verstärker, der bei gleicher Span nung über der Elektroleuchtschicht eine Verstärkung aufweist, die für sichtbares Licht kaum über 1 hinaus geht und für Infrarotbilder bei einem maximalen Kontrastverhältnis des Ausgangsbildes von weniger als 20 dB höchstens 50 beträgt.
Um die dem Verstärker nach Fig. 4 eigene Rich tungsabhängigkeit zu verringern, kann eine Bauart gemäss Fig. 5 Verwendung finden. Diese Figur zeigt wieder einen Schnitt und, wie ersichtlich, ist der Auf bau nahezu gleich demjenigen des Verstärkers nach Fig.4. Der einzige Unterschied ist der, dass die Löcher 22 im Körper 23 mit einem Stoff, beispiels weise Magnesiumoxyd in Kunstharz, Opalglas, ge- füllt sind, der die einfallende Strahlung nach allen Seiten zerstreut, wie dies durch die Pfeile angegeben ist. Diese zerstreute Strahlung fällt auf den strahlungs empfindlichen Stoff 24.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines Teils der Elemente nach Fig. 4 und 5, wobei die obern Elektroden (17) in Fig. 4 und 25 in Fig. 5 fortgelassen sind.
Beim Bildverstärker nach Fig. 5 können die Lö cher anstatt mit einem die Strahlung zerstreuenden Stoff mit einem Stoff gefüllt werden, der die ein fallende Strahlung in eine andere Strahlung umwan delt, die dann von dem strahlungsempfindlichen Stoff 24 absorbiert wird. Man wird so verfahren, wenn der strahlungsempfindliche Stoff 24 die zu verstärkende Strahlung nicht gut absorbiert. Insbesondere zum Ver stärken von Röntgenstrahlungsbildern ist diese Aus führungsform 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 be finden sich auf einem Glasträger 25 eine Schicht aus leitendem Zinnoxyd 26 und eine Elektroleuchtschicht 27. Diese Schicht 27 ist mit einer Schicht 28 über zogen, die im wesentlichen aus Kalziumwolframat besteht und eine Vielzahl feiner Löcher aufweist, die mit einem strahlungsempfindlichen Stoff 29, bei spielsweise Kadmiumsulfid, gefüllt sind.
Auf diese Schicht ist eine zweite Elektrode 30 aufgebracht, die für die Strahlung durchlässig ist, die von dem Kal- ziumwolframat in eine Strahlung umgewandelt wird, die von den Elementen 29 absorbiert werden kann.