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Feststoffbildverstärker mit einer strahlungsempfindlichen und einer
elektroleuchtenden Schicht Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffbildverstärker,
d. h. eine Vorrichtung, mittels derer ohne die Verwendung eines Vakuumgefäßes ein
Strahlungsbild verstärkt werden kann.
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Es sind in letzter Zeit eine Anzahl Feststoffbildverstärker beschrieben
worden, die 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 unter anderem 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 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.
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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 Elektroleuchtstoffes. Die dünne
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.
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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 wenigstens einem Körper solcher Gestalt konzentriert ist,
daß der Quotient aus Rauminhalt und Oberfläche dieser Körper kleiner ist als 0,1
der Stärke der strahlungsempfindlichen Schicht.
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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 eine
geschlossene homogene Schicht angebracht wird. Dies findet vermutlich seine Erklärung
in der Verringerung der Kapazität der Elektroleuchtschicht gegenüber den Elektroden
bei vergrößerter Strahlungsauffangfläche.
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Ein Vorteil ist ferner der, daß der Verstärkungsfaktor für einfallende
Strahlung zwischen 3000 und 20 000 .A weniger von der Wellenlänge abhängig ist als
bei einem Verstärker mit einer homogenen strahlungsempfindlichen Schicht.
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Die Körper, in denen der strahlungsempfindliche Stoff konzentriert
ist, können sehr verschieden gestaltet sein, beispielsweise als langgestreckte massive
oder hohle Zylinder, dünne Streifen, langgestreckte Prismen, Parallelepipeda usw.
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Das Material, das die Körper oder deren Teile voneinander trennt,
nachstehend als Zusatzmaterial bezeichnet, kann sehr verschiedenartig sein. Es hat
sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, ein Material mit einer geringeren Dielektrizi
`ätskonstante als die des
strahlungsempfindlichen Stoffes selbst
zu wählen. Außerdem ist es vorteilhaft, das Verhältnis zwischen der Menge des strahlungsempfindlichen
Stoffes und der Menge des Zusatzmaterials so zu wählen, daß die mittlere Dielektrizitätskonstante
der strahlungsempfindlichen Schicht kleiner als die Hälfte der Dielektrizitätskonstante
des strahlungsempfindlichen Stoffes selbst ist.
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Unter der mittleren Dielektrizitätskonstante ist hierbei 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,
sind viele Stoffe als Zusatzmaterial verwendbar. Geeignete Materialien sind beispielsweise
Polystyren, Athylzellulose, 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 strahlungsempfindlichem
Stoff und der Menge Zusatzmaterial in der strahlungsempfindlichen Schicht beeinflußt
und geregelt werden.
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Die strahlungsempfindliche Schicht kann beispielsweise 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 strahlungsempfindlichen
Stoff gefüllt werden.
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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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Weil es gewünscht ist, daß ein möglichst großer Teil der zu verstärkenden
Strahlung auf den strahlungsempfindlichen Stoff auftrifft, kann in der strahlungsempfindlichen
Schicht ein weiteres Material aufgenommen werden, das die zu verstärkende Strahlung
zerstreut. Dadurch ist ein hoher Umwandlungswirkungsgrad gesichert, und auch ist
man weniger abhängig von der Richtung der einfallenden Strahlung. Befindet sich
der strahlungsempfindliche Stoff, wie vorstehend beschrieben, als eine 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.
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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 Strahlung
umwandelt, die von dem strahlungsempfindlichen Stoff gut absorbiert wird. Dieser
Stoff kann beispielsweise die vorstehend beschriebenen strahlungszerstreuenden Stoffe
ersetzen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig.
1 einen Schnitt durch einen Strahlungsverstärker darstellt, bei dem der strahlungsempfindliche
Stoff in streifenförmigen Körpern konzentriert ist, Fig. 2 einen Schnitt durch einen
Feststoffbildverstärker darstellt, bei dem die strahlungsempfindliche Schicht langgestreckte
massive Zylinder aus strahlungsempfindlichem Stoff enthält, Fig. 3 eine Draufsicht
auf einen Teil eines Bildverstärkers gemäß Fig. 2 darstellt, Fig. 4 einen Schnitt
durch einen Feststoffbildverstärker darstellt, bei dem der strahlungsempfindliche
Stoff als eine dünne Wandschicht in Öffnungen eines Trägers vorgesehen ist, Fig.
5 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Feststoffbildverstärkers darstellt,
bei dem ein Streuungsmaterial Verwendung findet, Fig.6 eine Draufsicht auf einen
Teil des Bildverstärkers gemäß Fig. 5 darstellt, Fig. 7 einen Schnitt durch einen
Bildverstärker darstellt, der sich zum Verstärken von Röntgenstrahlen eignet.
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Deutlichkeitshalber sind in den Figuren der Zeichnung einige Teile
unverhältnismäßig vergrößert dargestellt.
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In Fig. 1 bezeichnet I 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 Streifen 4 eines strahlungsempfindlichen
Stoffes, beispielsweise Kaliumsulfid, besteht, die von einem Stoff mit einer niedrigeren
Dielektrizitätskonstante, beispielsweise Polystyren, voneinander getrennt sind.
Auf der Oberseite der strahlungsempfindlichen Schicht befindet sich eine Elektrode
5, die für die zu verstärkende Strahlung durchlässig ist, beispielsweise aus Aluminium
besteht, und gegebenenfalls gitterförmig gestaltet ist. An die Elektroden 2 und
5 wird eine Wechselspaunungsquelle 6 angeschlossen. Die Wirkungsweise dieses Strahlungsverstärkers
kann kurz wie folgt beschrieben werden.
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Die Flektroleuchtschicht 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, aber diejenige der Schicht 4 ist 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, um so geringer
der Teil der Spannung, der sich auf die Elektroleuchtschicht 3 überträgt. Es hat
sich nun herausgestellt, daß durch die Konzentration des strahlungsempfindlichen
Stoffes in den hochkantigen Streifen 4 der Verstärkungsfaktor größer ist, als wenn
die gleiche Menge strahlungsempfindlicher Stoff als eine geschlossene homogene Schicht
zwischen der Elektrode 5 und der Elektroleucht Schicht 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. Hierbei ist
selbstverständlich angenommen, daß in beiden Fällen nahezu die gesamte Strahlung
absorbiert wird.
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Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der strahlungsempfindliche
Stoff anders verteilt ist. Diese Figur zeigt einen Querschnitt 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 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 wie 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.
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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.
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Da Luft auch eine Dielektrizitätskonstante besitzt. die erheblich
niedriger ist als die Dielektrizitätskonstante der meisten strahlungsempfindlichen
Materialien, ist es möglich, den strahlungsempfindlichen Stoff zwischen der Elektrode
und der Elektroleuchtschicht ohne irgendeinen 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 Elektroleuchtsch.icht und der Elektrode erstreckten.
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Feststoffbildverstärker, 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 eine 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 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 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.
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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 R. Die Schicht 21 ist 40 #L stark.
Die strahlungsempfindliche Schicht 15 ist 2 mm 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 [,. Die Elektrode 17 besteht aus einem aufgedampften Gitter aus Aluminium
mit einer Stärke von 1 g" das sich mit dem Löchermuster deckt. Mittels dieses Verstärkers
können Strahlung zwischen 3000 und 20 000 Ä und Kathodenstrahlen verstärkt werden.
Bei einer Speisespannung von 5 kV und einer Frequenz von 2000 Hz ist die Verstärkung
wenigstens 103 für sichtbares Licht bei einem maximalen Kontrastverhältnis von 25
db.
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Wenn die gleiche Menge strahlungsempfindlicher Stoff als eine homogene
Schicht aufgebracht wird, ergibt sich ein Verstärker, der bei gleicher Spannung
über der Elektroleuchtschicht eine Verstärkung aufweist, die für sichtbares Licht
kaum über 1 hinausgeht und für Infrarotbilder bei einem maximalen Kontrastverhältnis
des Ausgangsbildes von weniger als 20 db höchstens 50 beträgt.
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Um die dem Verstärker nach Fig. 4 eigene Richtungsabhängigkeit zu
verringern, kann eine Bauart gemäß Fig. 5 Verwendung finden. Diese Figur zeigt wieder
einen Schnitt und, wie ersichtlich, ist der Aufbau nahezu gleich demjenigen des
Verstärkers nach Fig.4. Der einzige Unterschied ist der, daß die Löcher 22 im Körper
23 mit einem Stoff, beispielsweise Magnesiumoxyde in Kunstharz, Opalglas, gefüllt
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.
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Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines Teiles der Elemente nach Fig. 4 und
5, wobei die oberen Elektroden (17 in Fig. 4 und 25. in Fig. 5) fortgelassen sind.
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Beim Bildverstärker nach Fig. 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 so verfahren, wenn der strahlungsempfindliche
Stoff 24 die zu verstärkende Strahlung nicht gut absorbiert. Insbesondere zum Verstärken
von Röntgenstrahlungsbildern ist diese Ausführungsform vorzuziehen. Die Löcher 22
können dann z. B. mit Kalziumwolframat oder mit Silber aktiviertem Zinksulfid ausgefüllt
werden.
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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
Kadmiumsulfid, 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.