CH677828A5

CH677828A5 -

Info

Publication number: CH677828A5
Application number: CH687/85A
Authority: CH
Inventors: Frederick G J Grise
Original assignee: Flexwatt Corp
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1991-06-28
Also published as: GB2157137A; JPS60193285A; SE8500700D0; KR850700297A; GB2157137B; KR920005457B1; DE3590491T1; US4633068A; AU584318B2; DE3505296A1; GB8503066D0; SE8500700L; AU3851385A; CA1232934A; WO1985003832A1; JPH0445952B2; GB8503899D0

Description

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CH677 828 A5

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung zur Erzeugung eines durch ein Infrarot-Sichtgerät lokalisierbaren Wärmebiides und eine Zielvorrichtung mit einer elektrischen Heiz-Vorrichtung.

In den US-Patentanmeldungen Nr. 181 974 vom 28. August 1980, Nr. 295 400 vom 21. August 1981 und Nr. 572 678 vom 20. Januar 1984 sind flexible Blechwärmer beschrieben, die ein Paar von elektrischen Leitern (gewöhnlich Kupfer), die sich in Längsrichtung erstrecken und eine Halbleiteranordnung enthält, das eine Mehrzahl von sich querliegend erstreckende Leiterabschnitte aufweist, die sich quer zu den elektrischen Leitern erstrecken und an diese angeschlossen sind. Die darin beschriebenen Heizvorrichtungen haben eine gute Wirkungsweise, eine im wesentlichen gleiche Wärmeverteilung und einen grossen Anwendungsbereich.

Es gibt jedoch Fälle, bei denen eine gleichmässige Wärmeverteilung über die beheizte Fläche nicht erwünscht ist, z.B. Zielvorrichtungen, die ein durch ein Infrarot-Zielgerät erfassbares Wärmebild erzeugen, sollten ungleichmässige Wärmebilder darstellen, welche denen eines Menschen, eines Panzers oder dergleichen entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung zur Erzeugung eines durch ein Infrarot-Sichtgerät lokaiisierbaren Wärmebildes zu schaffen, die ein als Ziel verwendbares Wärmebild mit unterschiedlicher oder ungleichmässiger Kontur erzeugt, die billig in der Herstellung ist, leicht aufzubauen ist, eine lange Lebensdauer aufweist und zur Verwendung in einer Zielvorrichtung für Infrarot-Zielgeräte geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2, schematische Darstellungen einer auf Infrarot ansprechenden Zielvorrichtung, die ein einem Panzer entsprechendes Wärmebild erzeugt,

Fig. 3 eine vergrössert dargestellte Ansicht eines Teils der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 6 eine Ansicht von Teilen der Fig. 5,

Fig. 7 eine teilweise schematische Ansicht einer einen Menschen darstellenden Infrarot-Zielvorrichtung, und

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Teil der Halbleiteranordnung für eine Zielvorrichtung mit kreisförmigem Wärmebild.

Die Fig. 1-6 zeigen eine Infrarot-Zielvorrichtung, die ein dem Abbild eines Panzers entsprechendes Wärmebild erzeugt. Die Zielvorrichtung 2 enthält elf Wärme abgebende Zieiabschnitte unterschiedlicher Grösse, Form und Umriss, die auf einer Sperrholzplatte montiert sind. Die Zielabschnitte 4 und 5 sind im wesentlichen rechteckig und sind so ausgebildet, dass sie der Panzerkanone und der Maschine entsprechende Bilder darsteilen. Der Zielabschnitt 6 ist im wesentlichen trapezförmig und bildet ein dem Panzerturm entsprechendes Bild. In der Praxis werden die Sektionen des Zielabschnittes 6, der durch gestrichelte Linien dargestellt ist, zurückgefaltet, um ein genaueres Gesamtbild zu erzeugen. Der Zielabschnitt 8 in Form eines Kreisabschnittes ist oben am Zielabschnitt 6 vorgesehen und bildet ein der Panzerluke entsprechendes Bild. Die Zielabschnitte 10a bis 10g bilden die die Räder entsprechenden Abschnitte.

Der Zielabschnitt 4 ist in Fig. 3 ausführlich dargestellt. Einer der Zieiabschnitte 10 ist in Fig. 5 ausführlich dargestellt.

Wie aus den Fig. 3,4 und 5 am besten ersichtlich ist, enthält jeder Zielabschnitt 4, 6, 8 ein Kunststoffsubstrat 12, auf dem eine Halbleiteranordnung 16 aus gelartigem Graphit aufgedruckt ist. Das Substrat besteht aus Polyesterplatte, z.B. aus Mylar, die 0,076 mm dick ist und die auf der Seite, auf die die Halbleiteranordnung anzudrucken ist, einer Korona-Entladung ausgesetzt ist. Die Halbleiteranordnung enthält ein Paar paralleler länglicher Streifen 18, die jeweils 3,969 mm dick und 609,6 mm voneinander beabstandet sind. Der Bereich zwischen den Streifen 18, ausser einem 9,525 mm breiten Streifen entlang der Innenkante jedes Streifens, ist mit einer isolierenden, wärmeleitenden, nichtspiegelnden Trägermateriallösung aus Polyester überzogen, die von der Amicon Corp. of Lexington, Massachusetts erhältlich ist. Es wird daraufhingewiesen, dass der isolierende Überzug den spezifischen Widerstand des Abstan-des der Leiteranordnung im Sinne einer Erhöhung um ca. 42% beträgt. Es ist somit ersichtlich, dass der spezifische Widerstand des überzogenen Abschnittes der Halbleiteranordnung (z.B. 200 Q/6,452 cm2) bedeutend höher ist als der besser leitende und nicht überzogene Abschnitt (z.B. ca. 140 £2/6,452 cm2).

Eine Elektrode 20, bestehend aus einem Paar verzinnter Kupferstreifen, die jeweils 6,35 mm breit und 0,0762 mm dick sowie übereinanderliegend angeordnet sind, wie in der vorstehend erwähnten US-Patentanmeldung 572 678 beschrieben ist, oben an jedem länglichen Streifen 18 mit der Basis der Elektrode,

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die mit dem untenliegenden Streifen 18 in Verbindung steht, angeordnet ist. Ein schmaler (ca. 25,4 mm breiter) Streifen 22 aus Polyesterband mit einem klebenden Acrylüberzug (z.B. ein «Mylar»-Band von 3M, St. Paul, Minnesota oder Ideal Tape Inc., Lowell, Mass.) liegt über jedem Leiter 20 und hält diesen in engem Kontakt mit dem untenliegenden Streifen. Der Bandstreifen 22 ist gegen das Substrat 12 isoliert und zwar den gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden des entsprechenden Leiters. Es ist ersichtlich, dass der Bandstreifen 22 die nicht überzogenen (d.h. halbleiterfreien) Bereiche ausserhalb der Streifen 18 mit den regelmässig beabstandeten, unbeschichteten Bereichen entlang den Innenkanten der Streifen und Leiter 20 verbindet.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die beiden Enden des Leiters 20 entlang einer Seite jedes Zielabschnittes an die positive Klemme einer Spannungsqueile 36 und die beiden Enden 34 des Leiters entlang der des Zielabschnittes an die negative Spannungsquelle mit einer Ausgangsspannung von 120 V angeschlossen. Die Spannungsquelle enthält eine einzelne 12 V-Batterie, die an einen Verbinder angeschlossen ist, um die Sollspannung von 120 V zu erzeugen.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Halbleiteranordnung des Zielabschnittes 4 (die Zieiabschnitte 5 und 6 sind im wesentlichen identisch) eine Graphitschicht mit einem niedrigen spezifischen Widerstand (Widerstand 200 fi/6,452 cm2) enthält, die hauptsächlich auf die gesamte Fläche zwischen den Streifen 18 aufgedruckt ist. Die einzigen nicht so beschichteten Bereiche sind eine Reihe von kleinen Rechtecken 40, jedes ca. 3,175 mm hoch (gemessen parallel zu den Streifen 18 und 4,763 mm breit (quer zu den Streifen gemessen).

Diese sind von der Innenkante jedes Streifens beabstandet. Der Abstand zwischen benachbarten Rechtecken beträgt 6,35 mm. Die die Leiterpaare 20 in Stellung haltenden Streifen 22 sind an diesen halbleiterfreien Rechtecken 40 angeklebt. Es wird darauf hingewiesen, dass, weil die Rechtecke 40 innerhalb des Bereiches des Zieles liegen, der nicht mit der Isolierschicht, die den grössten Teil der Fläche zwischen den Streifen überdeckt, überzogen ist, das die Rechtecke umschliessende Halbleitermaterial bedeutend leitender ist als das im grössten Teil der Fläche zwischen den Streifen 18. Somit werden die «heissen Flecke», die durch die Rechtecke verursacht werden können, vermieden.

Die Halbleiteranordnungen 12 der Ziefabschnitte 4,5 und 6 geben über den gesamten mit Halbleitermaterial überzogenen Bereich zwischen den länglichen Metalleitern 20 im wesentlichen eine gleichmässige Wärme ab. Ein solches Wärmebild ist bei elektrischen Wärmeerzeugern selbstverständlich-erwünscht und es ist bei Zielabschnitten, wie die Zielabschnitte 4, 5 und 6, in denen das Wärmebild im wesentlichen rechteck- oder trapezförmig ist, anwendbar.

in einigen Fällen ist es jedoch erwünscht, ein Wärmebild zu erzeugen, welches kein parallelseitiges Vieleck darstellt, sondern eine runde oder unregelmässige Form hat. Unter anderem ist es zur einfachen Herstellung erwünscht, derartige Formen in Heizvorrichtungen zu verwenden, die wie alle hier und in den erwähnten Anmeldungen zur Hauptsache parallele Metalleiter 20 entlang den gegenüberliegenden Seiten des erwärmten Bereiches enthalten.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, erzeugt jeder Zielabschnitt 10 ein rundes (Infrarot) Wärmebild, das ein Rad darstellt. Wie bei den anderen Zielabschnitten der Zielvorrichtung 2, enthält jeder Zielabschnitt 10 ein Paar von gegenseitig beabstandeten, parallelen Metalleitern 20, die sich längs des Substrates 12 erstrecken, auf dem die den Zielabschnitt 10 bildende Halbieiteranordnung aufgedruckt ist. Die sieben Zielabschnitte 10a bis 10g sind identisch ausgebildet. Jede Halbleiterschicht enthält eine Wiederholung der in Fig. 5 gezeigten Anordnung und umfasst dreiundsechzig querliegende beabstandete Leiterabschnitte, die sich rechtwinklig zwischen gegenseitig beabstandeten, parallelen Streifen 18 erstrecken, wobei ein unbeschichteter (d.h. ein halbleiterfreier) Raum zwischen zwei benachbarten Leiterabschnitten vorhanden ist (Fig. 5 und 6).

Da die Streifen 18 und Leiter 20 parallel liegen, haben sämtliche querliegende Leiterabschnitte die gleiche Gesamtlänge (1009,6 mm bei den dargestellten Ausführungsbeispielen). Mit Ausnahme der innersten Leiterabschnitte (30-34) enthält jeder Leiterabschnitt der Leiteranordnung ein Paar relativ breiter (parallel zu den Streifen 18 gemessen) Endabschnitte A, C gleicher Länge, die durch relativ schmalere Mittelabschnitte B verbunden sind. Die Länge der Mitteiabschnitte der Leiterabschnitte ist so ausgelegt, dass die Verbindungsstellen der Mitteiabschnitte B mit den Endabschnitten A, C grob die Form eines Kreises bilden, der das Rad darstellt, d.h. die Mitteiabschnitte B liegen innerhalb und die Endabschnitte A, C liegen ausserhalb des den Umfang des Rades darstellenden Kreises.

Der ohmsche Widerstand der Mitteiabschnitte B der Leiterabschnitte (d.h. die Abschnitte innerhalb des Kreises) ist effektiv höher als der der Endabschnitte (d.h. die Abschnitte ausserhalb des Kreises). Wird Strom an die Leiter des Zielabschnittes 10 angelegt, so ist die Oberflächenleistungsdichte der Abschnitte innerhalb des Kreisumfanges wesentlich grösser als die der ausserhalb des Kreisumfanges liegenden. Somit werden die innerhalb des Kreisumfanges liegenden Abschnitte auf eine höhere Temperatur erhitzt als die ausserhalb des Kreisumfanges liegenden.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine Spannung von 120 V über die Leiter 20 des Zielabschnittes 8 angelegt. Die Oberflächenleistungsdichte des Abschnittes innerhalb des Kreises jedes Zielabschnittes 10 beträgt dann ca. 12 W/929 cm2 und die Temperatur des Abschnittes wird ca. um 5,5°C über die Umgebung ansteigen. Die Oberflächenleistungsdichte des Abschnittes ausserhalb des Kreises (d.h. zwischen den Streifen 18 und dem Kreisumfang) wird geringer und dort wird eine bedeutend geringere Temperaturänderung auftreten. Für gewöhnlich wird der Strom zu irgend einem Zeitpunkt nur wäh-

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rend eines relativ kurzen Zeitraumes, z.B. 30-45 Sekunden, an die gesamte Zielvorrichtung 2 angelegt, so dass nur eine sehr kleine Wärmemenge aus dem beheizten Abschnitt innerhalb des Kreises zum kalten Abschnitt ausserhalb des Kreises abwandert.

Es ist ersichtlich, dass die erforderliche Änderung in der Oberflächenleistungsdichte zwischen Bereichen innerhalb und ausserhalb des Kreises dadurch erreicht wird, dass der Abschnitt B eines Leiterabschnittes innerhalb des zu heizenden Kreises einen grösseren ohmschen Widerstand hat ais die Abschnitte A, C des Leiterabschnittes ausserhalb des Kreises. Da die Leiterabschnitte im wesentlichen die gleiche Dicke (ca. 0,0127 mm lotrecht zum Substrat gemessen) und so einen bestimmten spezifischen Widerstand (ca. 200 Q/6,452 cm2) haben, kann ein grösserer spezifischer Widerstand erhalten werden, wenn die Mitteiabschnitte B schmäler gemacht werden als die Endabschnitte A, C.

Die Gesamtlänge der Leiterabschnitte und die Länge der Mitteiabschnitte B werden im wesentlichen durch die Grösse und Form des Zielabschnittes, d.h. des zu erzeugenden Wärmebildes bestimmt. Da der Zielabschnitt 10 vorgesehen ist einen erwärmten kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser von 1009,6 mm zu erzeugen, hat jeder Leiterabschnitt eine Gesamtlänge (zwischen den Streifen 18) von 1009,6 mm und jeder Mittelabschnitt bildet eine Kreissehne dieses Kreises und ist in der Länge gleich dieser.

Die Breite der Endabschnitte A, C ausserhalb des kreisförmigen Wärmebildabschnittes und die Breite der unbeschichteten (d.h. halbleiterfreien) Abstände zwischen den Endabschnitten A, C von benachbarten Leiterabschnitten können im gewissen Umfange gewählt werden.

Um einen guten Kontakt zwischen den Leitern 20 und den darunterliegenden Streifen sicherzustellen, soll die Breite der Endabschnitte A, B im allgemeinen ca. 12,7 mm nicht überschreiten. Die unbeschichteten Abstände dazwischen sollten ausreichend breit sein, um eine gute Verbindung des Streifens 20 zu ermöglichen. Ist die Breite der Abstände aber zu gross, kann das innerhalb des Kreises erzeugte Wärmebild ungleichmässig werden.

Der wesentlichste Faktor ist der relative spezifische Widerstand (und folglich die Breite) der unterschiedlichen Leiterabschnitte. Um sicherzustellen, dass der Mittelabschnitt B in der Tat ein kreisförmiges (Infrarot) Wärmebild ergibt, muss ein bedeutender Unterschied im spezifischen Widerstand (und somit Breite) zwischen dem Mittelabschnitt B und den Endabschnitten A, C jedes Leiterabschnittes vorhanden sein. Es wurde festgestellt, dass die Breite eines Mittelabschnittes ca. 60% der Breite der Endabschnitte nicht übersteigen soll. In einigen Fällen (insbesondere wo sich der Mittelabschnitt nahezu über die gesamte Breite der Zielvorrichtung erstreckt) wurde jedoch eine Mittelabschnittbreite bis zu ca. 80% der Endabschnittbreiten als ausreichend festgestellt.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite der Endabschnitte A, C aller Leiterabschnitte (ausser Leiterabschnitt 1 und 63 an den äussersten Enden der Leiteranordnung) ca. 6,35 mm (z.B. zwischen 6,35 und 7,62 mm).

Die genaue Breite der Mitteiabschnitte B der verschiedenen Leiterabschnitte hängt von oben erwähnten und auch von der Soll-Oberflächenleistungsdichte des erwärmten kreisförmigen Abschnittes (12 W/ 929 cm2 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel) der Spannung (120 V) der Stromquelle 36 und dem spezifischen Widerstand der Halbleiteranordnung ab.

Der spezifische Widerstand hängt von der besonderen Kolloidgraphitdruckfarbe und der Isolierschicht (falls vorhanden) und von der Dicke ab, mit welcher die Anordnung gedruckt wird. Die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendete Farbe ergibt eine 0,0127 mm dicke Anordnung und hat einen spezifischen Widerstand von 200 Q/6,452 cm2 (nach dem Überziehen mit der Isolierschicht).

Die Sollbreite (Wb) des Mittelabschnittes jedes Leiterabschnittes kann nach folgender Formel berechnetwerden

Wß=

v2

DKE^W-s-S)

-2

Vft

W

+2

N

VLc 1 w

+2 -

V2

DBLb(W+S)

-4

w

+2

wobei (wie in Fig. 5 schematisch dargestellt)

Wb die Breite des Mittelabschnittes B eines bestimmten Leiterabschnittes,

Lb die Länge des Mittelabschnittes B des Leiterabschnittes,

La und Lc (die gleich sind, weil die Kreisfläche zwischen den Streifen zentriert ist) die Länge des Endabschnittes A bzw. C,

W die Breite der Endabschnitte der Leiterabschnitte,

S der unbeschichtete (halbleiterfreie) Abstand zwischen den Endabschnitten A, C des Leiterabschnittes und den Endabschnitten A, C des nächsten benachbarten Leiterabschnittes,

R der spezifische Widerstand der aufgedruckten Halbleiteranordnung,

V die durch die Stromquelle 34 an die Leiter 20 angelegte Spannung und D die Soll-Öberflächenleistungsdichte des zu erwärmenden kreisförmigen Abschnittes ist.

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Bei den Zielabschnitten 10 des gezeigten Ausführungsbeispiels sind die berechneten Soll-Längen (Lb) und -Breiten (Wb) des Mittelabschnittes der Leiterabschnitte und die Breiten (W) der Endabschnitte A, C der Leiterabschnitte in der Tabelle I angegeben. Die Länge jedes Endabschnittes A, C beträgt (1009,6-LB)-12. In der Praxis unterscheiden sich die Ist-Längen und -Breiten leicht und zwar aufgrund der Herstellungstoleranzen.

Tabelle I

Leiterabschnitt

W-25,4 mm

Wb-25,4 mm

Lb-25,4 mm

Nr.

1,63

0,40

0,367

5.949

2,62

0,25

0,071

8,35

3,61

0,25

0,133

10,144

4,60

0,25

0,220

11,618

5,59

0,26

0,197

12,881

6,58

0,26

0,215

13,991

7,57

0,26

0,226

14,98

8,56

0,27

0,219

15,874

9,55

0,27

0,225

16,685

10,54

0,27

0,230

17,428

11,53

0,27

0,233

18,108

12,52

0,28

0,231

18,773

13,51

0,28

0,234

19,31

14,50

0,28

0,236

19,843

15,49

0,28

0,238

20,332

16,48

0,28

0,240

20,784

17,47

0,29

0,240

21,199

18,46

0,29

0,241

21,581

19,45

0,29

0,243

21,929

20,44

0,29

0,244

22,248

21,43

0,30

0,244

22,537

22,42

0,30

0,245

22,798

23,41

0,30

0,246

23,031

24,40

0,30

0,247

23,237

25,39

0,30

0,247

23,417

26,38

0,30

0,248

23,574

27,37

0,30

0,248

23,704

28,36

0,30

0,249

23,81

29,35

0,30

0,249

23,894

30,34

0,30

0,249

23,953

31,33

0,30

0,249

23,987

32

0,25

0,249

24

Aus der Tabelle l ist ersichtlich, dass der Leiterabschnitt Nr. 32 (und in der Praxis auch die Leiterabschnitte Nr. 30, 31, 33 und 34) sich über den gesamten Abstand zwischen den Streifen 20 erstrecken. Diese Leiterabschnitte haben insbesondere keine Endabschnitte A, C, weil die Breite des Mittelabschnittes B geringer als 6,35 mm ist. Die Breite der Abstände neben den gegenüberliegenden Seiten dieser Leiterabschnitte beträgt etwas mehr als 3,175 mm.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass der Zielabschnitt 8, welcher zur Erzeugung eines Wärmebildes in Form eines Kreissegmentes vorgesehen ist, einen Teil des radförmigen Zielabschnittes 10 um-fasst, wobei dieser Teil durch Trennen des Zielabschnittes 10 entlang einer querliegenden Linie erfolgt, die sich zwischen einem Paar benachbarter Leiterabschnitte im unbeschichteten Bereich erstreqkt.

In Fig. 7 ist eine Zielvorrichtung 100 dargestellt, um ein Wärmebild zu erzeugen, das einen Menschen

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darstellt. Viele Abschnitte der Zielvorrichtung 100 sind im wesentlichen identisch mit entsprechenden Abschnitten des Zielabschnittes 10 und sind mit der gleichen Bezugszahl, der eine 1 vorangestellt ist, gekennzeichnet.

Die Zielvorrichtung 100 enthält eine Halbleiteranordnung (200 <3/6,452 cm2), die auf einem Kunst-stoffsubstrat 112 aufgedruckt ist. Die Halbleiteranordnung hat ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender, paralleler Streifen 118, die ca. 1009,6 mm voneinander beabstandet sind und hat hundertunddreizehn parallele, längliche, beabstandete, sich quer zu den Streifen 118 erstreckende Leiterabschnitte. Wie bei der Zielvorrichtung 10, ist oben an jedem Streifen 118 ein Kupferleiter (nicht dargestellt) angeordnet und durch einen darüberliegenden Kunststoffbandstreifen (nicht dargestellt) in Stellung gehalten, der in den unbeschichteten Bereichen des Substrates an den gegenüberliegenden Kanten des entsprechenden Streifens 118 und am Leiter klebt.

Jeder der querliegenden Leiterabschnitte enthält relativ breite Endabschnitte A, C (die sich vom entsprechenden Streifen 118 nach innen erstrecken) und einen relativ schmalen Mittelabschnitt B. Wie bei der Zielvorrichtung 10, erzeugen die Mitteiabschnitte B das gewünschte (menschenähnliche, Fig. 7) Wärmebild und die Umrisslinie des erwärmten Abschnittes, der das Wärmebild erzeugt, wird durch die Verbindungsstellen zwischen den Enden der Mitteiabschnitte B und den angrenzenden Endabschnitten A, C bestimmt

Es ist ersichtlich, dass die Leiterabschnittbreite und der Abstand zwischen den unterschiedlichen Teilen der Zielvorrichtung 100 unterschiedlich sind. Die ersten Leiterabschnitte 46, d.h. jene im oberen Bereich (Kopf und Schulter) der Zielvorrichtung haben Endabschnitte mit einer Breite von ca. 6,35 mm (9,98 oder 13,6 mm). Der unbeschichtete Abschnitt zwischen den Endabschnitten benachbarter Leiterabschnitte haben eine Breite von 3,175 mm. Die Leiterabschnitte Nr. 47-83 im Mittelteil (Torso) der Zielvorrichtung haben Endabschnitte A, C, die eine Breite von 11,43 mm und die dazwischenliegenden Abschnitte eine Breite von 1,588 mm haben.

Die unteren LeiterabsGhnitte, d.h. die Abschnitte Nr. 84-113, sind alle identisch und haben Endab-sehnitte mit einer Breite von ca. 6,35 mm (6,604 mm) und die benachbarten Leiterabschnitte haben eine von ca. 3,175 mm.

Die Breite (Wb) der Mitteiabschnitte B der Zielvorrichtung 100 werden mit der vorstehend erwähnten Formel wie bei der Zielvorrichtung 10 bestimmt. Die berechneten Soll-Längen (Lb) und -Breiten (Wb) der Mitteiabschnitte und die Breiten (W) der Endabschnitte A, C von einigen Leiterabschnitten in der Zielvorrichtung 100 sind in der Tabelle II angegeben.

Die Lage der einzelnen Leiterabschnitte in der Zielvorrichtung ist in Fig. 6 gezeigt. Wie bei der Zielvorrichtung 10 sind auch hier die mittleren Längen und Breiten etwas unterschiedlich.

Tabelle II

Leiterabschnitt

Wb-25,4 mm

Lb-25,4 mm

W-25,4 mm

Nr.

1

0,181

3,797

0.22

6

0,071

8,35

0,25

11

0,12

9,844

0,25

16

0,118

9,795

0,25

21

0,081

8,725

0,25

26

0,07

7,442

0,22

31

0,191

6,16

0,23

36

0,192

6

0,23

41

0,096

0,203

0,23

46

0,226

16,875

0,27

47

0,272

17,605

0,45

52

0,281

18,204

0,45

57

0,296

19,341

0,45

62

0,309

20,479

0,45

67

0,32

21,616

0,45

72

0,33

22,755

0,45

77

0,309

20,461

0,45

83

0,242

15,913

0,45

84-113

0,229

15,5

0,26

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Wie bei der Zielvorrichtung 10, sind die Mitteiabschnitte B der Zielvorrichtung 100 so ausgelegt, dass der den Menschen bildende Teil des Wärmebildes eine Oberflächenleistungsdichte von 12 W/929 cm2 hat und die Abschnitte ausserhalb des Bildes, d.h. in den durch die Endabschnitte A, C belegten Abschnitte eine deutlich niedrigere Oberflächenleistungsdichte haben, wenn eine Spannung von 120 Volt an die Zielvorrichtung 100 angelegt wird.

Zur einfachen Berechnung, insbesondere wenn ein Computer zur Berechnung angewendet wird, besteht das Gesamtbild einer komplizierten Form, wie das Bild der Zielvorrichtung 110, im weitesten Umfange aus regelmässigen geometrischen Figuren, z.B. Kreisteilen, unregelmässigen Vierecken, Dreiecken, Rechtecken, usw.

Die Fig. 8 und 9 zeigen Abschnitte einer modifizierten Halbleiteranordnung für ein Ziel, das ein Rad mit einem Durchmesser von 476,7 mm darstellt.

Die Fig. 8 zeigt den ersten Quadranten 300 dieser Anordnung. Die gesamte Halbleiteranordnung enthält zwei parallele Streifen 318 (jeder 3,969 mm breit und deren Innenkanten um 508 mm beabstandet sind), zwischen welchen sich achtundzwanzig voneinander beabstandete Leiterabschnitte 302 erstrecken. Wie bei den Zielvorrichtungen 10 und 100 ist die Halbleiteranordnung auf einem nicht dargestellten Kunststoffsubstrat aufgebracht und ein nicht dargestelltes Band hält einen Kupferleiter (nicht dargestellt) an der Oberseite jedes Streifens 318.

Die Fig. 8 zeigt die rechte Hälfte, und zwar die Leiterabschnitte 1 bis 14, Die linke Hälfte ist spiegelbildlich zur rechten Hälfte und die untere Hälfte jeweils spiegelbildlich zur oberen Hälfte ausgebildet, so dass die Leiterbahnen 1 bis 78 identisch sind. Alle Leiterbahnen sind aufgedruckt, so dass ihre unteren Kanten gerade Linien bilden und Änderungen in der Breite durch Entfernen von Abschnitten am Oberteil des Leiterabschnittes vorgenommen werden.

Jeder Leiterabschnitt enthält ein Paar identisch ausgebildeter Endabschnitte A (nicht gezeigt) und C (in Fig. 8 dargestellt) und einen relativ schmalen Mittelabschnitt B (dessen eine Hälfte in Fig. 8 dargestellt ist). Die Länge und Breite der Endabschnitte A, C und der Mitteiabschnitte B der Leiterabschnitte sind in der Tabelle III angegeben.

Tabelle Iii

Leiterabschnitt

Lb-25,4 mm

Wb-25,4 mm

La,Lc-

Wc,Wa-

Nr.

25,4 mm

1,28

7,12

0,06

6,44

0,58

2,27

8,84

0,06

5,58

0,28

3r26

10,12

0,077

4,94

0,25

4,25

11,20

0,093

4,40

0,25

5,24

12,14

0,107

3,93

0,25

6,23

12,98

0,119

3,51

0,25

7,22

13,74

0,134

3,13

0,27

8, 21

14,50

0,155

2,75

0,31

9,20

15,18

0,189

2,36

0,38

10,19

16,10

0,248

1,95

0,50

11,18

17,02

0,375

1,45

0,25

12,17

17,82

0,375

1,45

0,25

13,16

18,42

0,557

0,79

1,00

14,15

18,70

0,585

0,65

1,00

Wie aus den Fig. 8 und 9 sowie aus der Tabelle III ersichtlich ist, beträgt die Breite (Wb) der Endabschnitte A, B der Leiterabschnitte 11 bis 18 mehr als 12,7 mm. Um einen guten Kontakt zwischen den Streifenabschnitten 318 an den Enden dieser Abschnitte und den über den Streifen liegenden Leitern sicherzustellen, wird ein schmaler unbeschichteter (d.h. halbleiterfreier) rechteckiger Abschnitt 310 innerhalb und mitten in der Breite der Endabschnitte A, C jeder dieser Leiterabschnitte vorgesehen. Diese rechteckigen Abschnitte sind 2,116 mm breit (gemessen am Streifen 318) und ein Ende jedes rechteckigen Abschnittes grenzt an die Innenkante eines Streifens. Die rechteckigen Abschnitte in den Leiterbahnen 11, 12,13,16,17 und 18 sind 6,35 mm breit (rechtwinklig zum Streifen 318 gemessen), jene in den Leiterabschnitten 14 und 15 sind 4,763 mm lang. Um einen gleichmässigen Stromfluss zu erhalten, sind die die rechteckförmigen Abschnitte enthaltenden Abschnitte der Endabschnitte A, C um 1,588 mm breiter als die an die Mitteiabschnitte B angrenzenden Abschnitte der Endabschnitte A, C.

Ausserdem ist ersichtlich, dass ausser zwischen den Leiterabschnitten 10,11 und 18,19, bei denen der Innenabstand 1,588 mm beträgt, ein unbeschichteter Bereich mit einer minimalen Breite von 3,175 mm zwischen jedem Paar von benachbarten Leiterbahnen vorhanden ist.

7

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

CH 677 828 A5

Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Heizvorrichtung zur Erzeugung eines durch ein Infrarot-Sichtgerät lokalisierbaren Wärmebildes, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Substrat (12, 112), ein Paar be-abstandeter, länglicher elektrischer Leiter (20) und eine Halbleiteranordnung (16) vorgesehen sind, die auf dem Substrat aufgebracht ist und eine Mehrzahl von beabstandeten Heizabschnitten enthält, die sich zwischen den elektrischen Leitern (20) erstrecken und an diese angeschlossen sind, dass die Heizabschnitte ausgebildet sind, ein im wesentlichen gleichmässiges Wärmebild in einem ein Bild erzeugenden Abbildebereich der Heizvorrichtung zu erzeugen, dass jeder Heizabschnitt einen ersten Abschnitt, der in dem Abbildebereich angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt enthält, der ausserhalb des Abbildebereiches zwischen dem Abbildebereich und einem elektrischen Leiter angeordnet ist, dass die ersten Abschnitte der Heizabschnitte ausreichend eng so nebeneinander liegen, dass der Teil der Halbleiterarr-ordnung innerhalb des Abbildebereiches eine erste im wesentlichen gleichmässige Oberflächenleistungsdichte hat, wie durch ein Infrarot-Sichtgerät innerhalb des Abbildebereiches abgetastet, wenn eine vorbestimmte elektrische Spannung über die elektrischen Leiter angelegt ist und dass die zweiten Abschnitte der Heizabschnitte, die ausserhalb des Abbildebereiches liegen, so angeordnet sind, dass der Teil der Halbleiteranordnung ausserhalb des Abbildebereiches eine zweite im wesentlichen gleichmässige Oberflächenleistungsdichte erzeugt, wenn die elektrische Spannung über die elektrischen Leiter angelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizabschnitte als Leiterabschnitte ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte lotrecht zum Substrat (12) gemessen, im wesentlichen die gleiche Dicke haben, dass die Breite des ersten Abschnittes jedes Leiterabschnittes lotrecht zu ihrer Länge gemessen, geringer ist als der zweite Abschnitt des Leiterabschnittes und dass die Breite des ersten Abschnittes jedes Leiterabschnittes etwa gleich ist, wobei Wb die Breite des ersten Abschnittes des Leiterabschnittes ist,

Lb die Länge des ersten Abschnittes des Leiterabschnittes ist,

La+Lc die entsprechenden Längen der zweiten Abschnitte des Leiterabschnittes sind

W die Breite des zweiten Abschnittes des Leiterabschnittes ist,

S die Breite des Abstandes zwischen den zweiten Abschnitten der Leiterabschnitte und den zweiten Abschnitten des nächsten benachbarten Leiterabschnittes ist,

R der spezifische Widerstand der Halbleiteranordnung ist,

V die elektrische Spannung ist und D die OberflächenleistungsdiGhte ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter im wesentlichen parallel verlaufen und dass der erste Abschnitt eines Leiterabschnittes einen unterschiedlichen spezifischen Widerstand hat als der zweite Abschnitt des gleichen Leiterabschnittes.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leiterabschnitte lotrecht zum Substrat gemessen, die gleiche Dicke haben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiteranordnung ein Paar von parallelen, sich in Längsrichtung des Substrates erstreckenden Streifen aufweist, wobei jeder Streifen unterhalb eines der elektrischen Leiter (20) liegt und aus einem Material besteht, das einen spezifischen Widerstand hat, der nicht höher ist als der irgend eines der Leiterabschnitte,

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Leiterabschnitte an die Streifen anstossen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Abschnittes eines Lei-terabschnittes innerhalb des Abbildebereiches etwa gleich v—?—

■ -2

2LB

DKE^R+S)

ist, wobei

Wb die Breite des Abschnittes des Leiterstreifens innerhalb des Abbildebereiches ist,

8

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 677 828 A5

Lb die Länge des Abschnittes des Leiterstreifens innerhalb des Abbildebereiches ist,

La+Lc die Gesamtlänge des Abschnittes des Leiterabschnittes ausserhalb des Abbildebereichs und zwischen den elektrischen Leitern ist,

W die Breite des Abschnittes des Leiterabschnittes ausserhalb des Abbildebereichs und zwischen den elektrischen Leitern ist,

S die Breite des Abstandes zwischen dem Abschnitt des Leiterabschnittes ausserhalb des Abbildebe-reichs und dem nächsten benachbarten Leiterabschnitt ist R der spezifische Widerstand der Halbleiteranordnung ist,

V die elektrische Spannung ist und D die erste Oberflächenleistungsdichte ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Abschnittes eines Leiterabschnittes quer zu ihrer Länge gemessen und innerhalb des Abbildebereichs angeordnet geringer ist als die Breite irgend eines anderen Abschnittes dieses Leiterabschnittes ausserhalb des Abbildebereichs.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden eines elektrischen Leiters an die positive Seite einer Stromquelle und beide Enden des anderen elektrischen Leiters an die negative Seite der Stromquelle angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen benachbarten Leiterabschnitten liegenden Abschnitte des Substrats von der Halbleiteranordnung frei sind und dass die Breite dieser Abschnitte parallel zum Leiterabschnitt gemessen nicht mehr als 12,7 mm beträgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbildebereich im wesentlichen in der Mitte zwischen den elektrischen Leitern angeordnet ist, dass die Heizabschnitte ausgebildet sind einen im wesentlichen gleichmässigen thermischen Hintergrund als eine Hintergrundzone der Heizvorrichtung zu erzeugen und dass die Hintergrundzone ausserhalb des Abbildebereichs und zwischen Abbildebereich und einem elektrischen Leiter angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Leiter sich in Längsrichtung des Substrates erstrecken, dass der Abbildebereich einen ersten Teil mit einer ersten Breite, die rechtwinklig zu den sich in Längsrichtung erstreckenden elektrischen Leiter gemessen ist, und einen zweiten Teil mit einer zweiten Breite aufweist, die rechtwinklig zu den sich in Längsrichtung erstreckenden Leiterabschnitten gemessen ist, dass der Widerstandswert eines Leiterabschnittes, der den ersten Abschnitt des Abbildebereichs durchläuft, sich von dem Widerstandswert eines Leiterabschnittes unterscheidet, der den zweiten Abschnitt des Abbildebereichs durchläuft, dass der innerhalb des ersten Teils des Abbildebereiches liegende Abschnitt des Leiterabschnittes einen ersten spezifischen Widerstandswert hat und der innerhalb des zweiten Teils des Abbildebereiches liegende Abschnitt des Leiterabschnittes einen zweiten spezifischen Widerstandswert hat, und dass die durch eine an die elektrischen Leiter anliegende vorgegebene Spannung im ersten und zweiten Teil des Abbildebereiches erwirkbare Oberflächenleistungsdichte im wesentlichen den gleichen Wert hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterabschnitte im wesentlichen die gleiche Dicke haben, die lotrecht zum Substrat gemessen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die rechtwinklig zu ihrer Länge gemessene Breite jedes Leiterabschnittes innerhalb des ersten Teils des Abbildebereiches grösser ist als die Breite eines Leiterabschnittes innerhalb des zweiten Teils des Abbildebereiches.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teil des Abbildebereichs im wesentlichen in der Mitte zwischen den elektrischen Leitern angeordnet sind und dass Bereiche der Halbleiteranordnung ausserhalb des Abbildebereiches und zwischen dem ersten und zweiten Teil des Abbildebereiches und den elektrischen Leitern eine gleichmässige Oberflächenleistungsdichte haben, die sich von der des Abbildebereiches unterscheidet.

17. Zielvorrichtung mit elektrischer Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.

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