Rasterförmiger wärmeempfindlicher Strahlendetektor
Die Erfindung betrifft einen rasterförmigen wärmeempfindlichen Strahlendetektor, bei dem die einzelnen Rasterzellen thermoelektrische Elemente sind, zum koordinatenmässigen Orten des Bildes eines strahlenden Körpers im Detektor-Bildfeld.
Der Bau eines rasterförmigen Strahlendetektors für Ortungszwecke ist vor allem ein technologisches Problem. Man verlangt von einem derartigen Strahlendetektor ein hohes Bildauflösungsvermögen, die einzelnen Rasterzellen müssen dementsprechend klein sein. Es sind bereits Strahlendetektoren auf photoelektrischer Basis mit Tausenden von Rasterzellen pro Quadratzentimeter bekannt. Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Strahlendetektors mit thermoelektrischen Rasterzellen ebenso geringer Ausdehnung.
Bei einer bekannten Ausführung eines thermoelektrischen Strahlendetektors sind die thermoelektrischen Elemente längs einer Kante einer dünnen Isolierplatte angeordnet, wobei die thermoaktiven Pole durch beidseitig der Isolierplatte aufgebrachte Beläge gebildet werden, die an der gegenüberliegenden Kante der Isolierplatte enden. Durch Stapeln einer Vielzahl derartiger Isolierplatten mit isolierenden Zwischenlagen ergibt sich ein Flächenraster. Ein auf diese Weise gebauter Strahlendetektor ist jedoch für den mit der Erfindung beabsichtigten Zweck nicht geeignet, da zur elektrischen Abtastung jede Rasterzelle wenigstens einen Anschlussdraht aufweisen muss.
Es fehlen aber die Mittel, um auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern die einzelnen Rasterzellen, deren Ausdehnung weniger als etwa 50 m betragen kann, zum Anschluss von Leitungen zu präparieren und dann erst noch diese Leitungen mit den vorbereiteten Stellen zu verbinden, beispielsweise zu verlöten.
Aus diesem Grunde müssen die Anschlussdrähte in geeigneter Weise in die Technologie der Thermoelemente einbezogen werden. Beim Strahlendstektor nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die beiden Pole jedes thermoelektrischen Elementes getrennte drahtförmige Anschlüsse sind und dass das zur Verbindung der beiden Pole dienende Material in der thermoelektrischen Spannungsreihe zwischen denjenigen der beiden Pole liegt und derart auf der Rasterplatte angebracht ist, dass die aktiven Flächen der thermoelektrischen Elemente Inseln bilden, die sich nicht berühren.
Durch die Wahl verschiedener Leitermaterialien für mindestens einen Pol der thermoelektrischen Elemente oder durch geeignete Anordnung der Elemente, indem ihre gegenseitigen Abstände oder ihre Flächeninhalte der wärmeempfindlichen Flächen (künftig aktive Flächen genannt) oder Abstände und Flächeninhalte der aktiven Flächen verschieden gross gewählt werden, kann die Empfindungsschärfe über einen derartigen Raster willkürlich beeinflusst werden, wodurch sich beispielsweise die Rastermitte scharf, der Rasterrand weniger scharf einstellen lässt. Dies kann beispielsweise zur Ortung von bewegten Körpern von Bedeutung sein, indem der Körper am Rasterrand nur relativ ungenau geortet wird, und je mehr er sich der Rastermitte nähert, desto genauer kann er koordinatenmässig erfasst werden.
Auf diese Weise lassen sich eine grosse Anzahl thermoelektrischer Elemente ersparen, ohne dass die frühzeitige Erfassung eines bewegten Körpers im Bildfeld des Rasters eingebüsst werden muss. Gleichzeitig lässt sich die Anzahl der allfällig notwendigen Verstärkungskanäle der thermoelektrischen Elemente den eingesparten Elementen entsprechend verringern.
Anhand der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen rasterförmigen Strahlendetektors näher erläutert.
In Fig. list ein Teil eines rasterförmigen Strahlendetektors im Schnitt dargestellt, bei dem die beiden Pole jedes thermoelektrischen Elementes zwei getrennte drahtförmige Anschlüsse sind, wobei bei spiels- weise der eine Draht 14 aus Wismut und der andere Draht 15 aus Antimon besteht. Die am aktiven Teil des thermoelektrischen Elementes zur Verbindung der beiden Drähte 14 und 15 angebrachte sogenannte Mittenpolschicht 16 besteht aus einem Material, das in der thermoelektrischen Spannungsreihe zwischen denjenigen der beiden Drähte 14 und 15 liegt und im vorliegenden Fall beispielsweise Gold sein kann.
Die Mittenpolschichten 16 sämtlicher thermoelektrischer Elemente sind auf der Rasterplatte 17, die aus Isoliermaterial besteht, derart angebracht, dass sie auf derselben Inseln bilden, die sich nicht berühren.
Über diese Mittenpolschicht 16 ist, wie bei allen oben beschriebenen Beispielen, eine bestimmte Strahlen durchlassende, die übrigen Strahlen absorbierende oder reflektierende Filter- und Schutzschicht 18 angebracht.
Wie bereits oben erwähnt, lässt sich die Empfindlichkeit über einen Raster willkürlich beeinflussen, indem die gegenseitigen Abstände der thermoelektrischen Elemente oder die Flächeninhalte der aktiven Flächen derselben nach vorbestimmter Gesetzmässigkeit ändern. Die Fig. 2 bis 4 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele derartiger rasterförmiger Strahlendetektoren, wobei die Fig. 2 und 3 Beispiele mit ungleichen Abständen der thermoelektrischen Elemente 19 darstellen und Fig. 4 ein Beispiel, bei dem die Flächen inhalte der aktiven Flächen 20 der thermoelektrischen Elemente nach vorbestimmter Gesetzmässigkeit von der Rastermitte zum Rasterrand zunehmen.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Rasters sei nachfolgend kurz beschrieben.
Die von einem Körper ausgesendeten Strahlen werden mittels eines optischen Systems auf der Oberfläche des Rasters, an der Stelle, die der Lage des Körpers im Bildfeld des Rasters entspricht, gesammelt. Dabei entsteht an diesem Teil des Rasters eine der Intensität der Strahlung entsprechende örtliche Erwärmung, die in dem unter der Filter- und Schutzschicht an dieser Stelle sich befindlichen thermoelektrischen Element eine Spannung erzeugt, die zur augenblicklichen koordinatenmässigen Bestimmung des obenerwähnten Körpers dient.
Grid-shaped heat-sensitive radiation detector
The invention relates to a grid-shaped, heat-sensitive radiation detector, in which the individual grid cells are thermoelectric elements, for the coordinate location of the image of a radiating body in the detector image field.
The construction of a grid-shaped radiation detector for location purposes is primarily a technological problem. A radiation detector of this type is required to have a high image resolution, and the individual grid cells must be correspondingly small. Radiation detectors based on photoelectric technology with thousands of grid cells per square centimeter are already known. The purpose of the invention is to create a radiation detector with thermoelectric grid cells that are also small in size.
In a known embodiment of a thermoelectric radiation detector, the thermoelectric elements are arranged along an edge of a thin insulating plate, the thermoactive poles being formed by coatings applied to both sides of the insulating plate, which end at the opposite edge of the insulating plate. Stacking a large number of such insulating panels with insulating intermediate layers results in a surface grid. A radiation detector constructed in this way, however, is not suitable for the purpose intended by the invention, since each raster cell must have at least one connecting wire for electrical scanning.
However, the means are lacking to prepare the individual grid cells, the extent of which can be less than about 50 m, on an area of a few square centimeters for the connection of lines and then to connect these lines to the prepared locations, for example to solder them.
For this reason, the connection wires must be incorporated into the technology of the thermocouples in a suitable manner. With the beam end detector according to the invention, this object is achieved in that the two poles of each thermoelectric element are separate wire-shaped connections and that the material used to connect the two poles is in the thermoelectric voltage series between those of the two poles and is attached to the grid plate in such a way that the active surfaces of the thermoelectric elements form islands that do not touch.
The sharpness of sensation can be selected by choosing different conductor materials for at least one pole of the thermoelectric elements or by suitably arranging the elements, in that their mutual distances or their surface areas of the heat-sensitive surfaces (hereinafter referred to as active surfaces) or distances and surface areas of the active surfaces are selected to be different can be arbitrarily influenced via such a grid, as a result of which, for example, the grid center can be set sharp and the grid edge less sharp. This can be important for locating moving bodies, for example, in that the body is only located relatively imprecisely at the edge of the grid, and the closer it approaches the center of the grid, the more precisely it can be recorded in terms of coordinates.
In this way, a large number of thermoelectric elements can be saved without having to forfeit the early detection of a moving body in the image field of the grid. At the same time, the number of any reinforcement channels required for the thermoelectric elements can be reduced in accordance with the elements saved.
Exemplary embodiments of the grid-shaped radiation detector according to the invention are explained in more detail with the aid of the accompanying drawing.
In FIG. 1, a part of a grid-shaped radiation detector is shown in section, in which the two poles of each thermoelectric element are two separate wire-shaped connections, one wire 14 made of bismuth and the other wire 15 made of antimony, for example. The so-called center pole layer 16 attached to the active part of the thermoelectric element to connect the two wires 14 and 15 consists of a material that lies in the thermoelectric voltage series between those of the two wires 14 and 15 and in the present case can be gold, for example.
The center pole layers 16 of all thermoelectric elements are attached to the grid plate 17, which is made of insulating material, in such a way that they form islands on the same which do not touch one another.
As in all of the examples described above, a filter and protective layer 18 which transmits certain rays and absorbs or reflects the remaining rays is applied over this center pole layer 16.
As already mentioned above, the sensitivity can be arbitrarily influenced via a grid by changing the mutual spacing of the thermoelectric elements or the area of the active areas of the same according to a predetermined regularity. 2 to 4 schematically show exemplary embodiments of such grid-shaped radiation detectors, with FIGS. 2 and 3 showing examples with unequal spacings between the thermoelectric elements 19 and FIG. 4 an example in which the areas of the active areas 20 of the thermoelectric elements are predetermined Increase in regularity from the center of the grid to the edge of the grid.
The mode of operation of the grid according to the invention is briefly described below.
The rays emitted by a body are collected by means of an optical system on the surface of the grid at the point that corresponds to the position of the body in the image field of the grid. Local heating corresponding to the intensity of the radiation occurs at this part of the grid, which generates a voltage in the thermoelectric element located under the filter and protective layer at this point, which is used for the instantaneous coordinate determination of the above-mentioned body.