DE1057251B - Bildwandler, bei welchem ein strahlungs-empfindlicher Stoff die Lumineszenz eines elektrolumineszierenden Stoffes steuert - Google Patents
Bildwandler, bei welchem ein strahlungs-empfindlicher Stoff die Lumineszenz eines elektrolumineszierenden Stoffes steuertInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung, welche die Umwandlung eines unsichtbaren Strahlungsbildes
oder eines. Temperaturbildes, dl. h. einer flächenhaften Temperaturverteilung in ein sichtbares
Bild ermöglicht. Im besonderen stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ultrarote Strahlung und elektromagnetische
Strahlung des kurzwelligen Hertzschen Bereiches umzuwandeln. Vorrichtungen dieser Art für
ultrarote Strahlung sind bereits unter der Bezeichnung Bildwandler bekannt.
Bei einer bekannten Art von Bildwandlern, werden durch die einfallenden Strahlen aus einer fotoemittierenden
Schicht Elektronen ausgelöst, durch elektrische Felder beschleunigt und durch elektronische Abbildungsmittel
auf einem durch Elektronenbombardiement lumineszierenden Leuchtschirm gelenkt. Der
Nachteil dieser Bildwandler besteht darin, daß sich der nutzbare Anwendungsbereich in dem ultraroten
Strahl engebiet nur auf einen kleinen Wellenbereich erstreckt. Im allgemeinen lassen sich auf diese Art
nur ultrarote Strahlen mit einer Wellenlänge von 0,8 bis 1,4 μ abbilden, Diese Bildwandler haben außerdem
noch den Nachteil eines komplizierten Aufbaues und damit auch einer wirtschaftlich teueren Herstellung.
Bei einer anderen Art von Bildwandlern wird der sogenannte Temperaturlöscheffekt auf, die Lumineszenz
eines Leuchtstoffes ausgenutzt. Die Nachweisempfindlichkeit ist jedoch nur sehr klein.
Auch der temperaturbedingte Farbumschlag gewisser chemischer Stoffe wurde schon zum Nachweis
von Ultrarotstrahlung ausgenutzt. Die Stoffe, welche diesen Effekt zeigen, sind meist Komplexsalze, z. B.
Silber-Quecksilber-Jodüd. Der Farbumschlag ist das
äußere Zeichen einer allotropen Modifikationsänderung.
Die auf diesem Effekt aufgebauten Bildwandler sind über den ganzen Ultrarotbereich verwendbar. Da
sich jedoch der Farbumschlag über einen großen Temperaturbereich erstreckt und außerdem eine angemessene
Reaktionszeit erfordert, sind derartige An-Ordnungen zum Nachweis von Ultrarotstrahlung sehr
träge und zu empfindlich.
Eine andere Art von Bildwandlern besteht darin, daß ein durch Änderung des Widerstandes auf die umzuwandelnde
Strahlung ansprechendes Material, ein sogenannter Fotowiderstand, die auf elektrischem
■■Wege durchgeführte Anregung eines Leuchtstoffes, der also Elektrolumineszenz zeigt, steuert. Die Abbildungsmöglichkeit
derartiger Bildwandler ist jedoch im Ultrarotgebiet auf den Wellenbereich von etwa
0,8 bis 6,0 μ beschränkt. Der weitaus größte Teil des ultraroten Strahlenbereiches, der bis zu Wellenlängen
bis etwa 800 μ reichen kann., kann damit nicht abgebildet werden. Das Verfahren hat im ultraroten Gebiet
Bildwandler, bei welchem ein strahlungsempfindlicher
Stoff die Lumineszenz eines elektrolumineszierenden Stoffes steuert
Anmelder:
Standard Elektrik Lorenz
Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Dipl.-Ing. Albert Lieb, Eßlingen/Neckar-Obereßlingen,
ist als Erfinder genannt worden
außerdem noch den Nachteil, daß jeweils, bedingt durch die gegebene Eigenschaft der bekannten Fotowiderstände,
eine genügende Empfindlichkeit nur in einem sehr eng begrenzten Ultrarotspektralbereich erzielt
werden kann. Mit Ausnahme der auf dem Farbumschlag gewisser chemischer Stoffe und der auf dem
Temperaturiöscheffekt eines Leuchtstoffes beruhenden Bildwandlers ist bei allen bekannten Bildwandlern die
Darstellung bzw. Sichtbarmachung eines Temperaturbildes nicht möglich. Die auf dem Farbumschlag bestehenden
Bildwandler sind zum mindesten zur empfindlichen Anzeige eines Temperaturbildes infolge der
bereits erwähnten großen Reaktionszeit und des großen Temperaturbereiches, in dem der Umschlag
stattfindet, nicht geeignet. Noch unempfindlicher sind die Bildwandler, die den Löscheffekt der Lumineszenz
zur Wiedergabe eines Bildes ausnutzen.
Um nun einen Bildwandler zu schaffen, welcher ein Temperaturbild mit hoher Empfindlichkeit abzubilden
erlaubt bzw. welcher im ganzen ultraroten Spektrum und darüber hinaus eine hohe Strahlungsempfindlichkeit aufweist, schlägt die Erfindung vor,
die Wechselspannung, welche einen elektrolumineszierenden Leuchtstoff zur Lumineszenz anregt, durch
Stoffe mit großer Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten zu steuern. Als Stoffe hoher
Dielektrizitätskonstantentemperaturabhängigkeit werden in bevorzugter Weise ferroelektrische Stoffe, wie
Erdalkalititanate, insbesondere Bariumtitanat und Strontiumtitanat und/oder Erdalkalititanatgemische
wie Barium-Strontium-Titanat oder Gemische von Erdalkalititanaten und Metalloxyden, wie Mischun-
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gen von Bariumtitanat und Blei- und Zirkondioxyd u. dgl. vorgesehen.
Bei diesen ferroelektrischen Stoffen ergibt sich in einem bestimmten Temperaturbereich eine sprunghafte
Dielektrizitätskomstantenänderung. Die Größe der Sprungtemperatur ist eine Stoffeigenschaft, z. B.
zeigt Bariumtitanat zwei sprunghafte Änderungen der Dielektrizitätskonstanten im Gebiet von etwa 20 und'
' 120° C. Der Sprung der Dielektrizitätskonstanten bei '
120° C ist besonders stark ausgeprägt. Bei Stoff-·
mischungen läßt sich die Sprungtemperatur durch die' ■■'.
WaM des Mischungsverhältnisses in weiten Grenzen verschieben. Zum Beispiel ergeben Gemische von
Barium- und Strontiumtitanat mit steigendem Strontiumtitanatgehalt
gegenüber reinem Bariumtitanat eine merkliche Verminderung der Sprungtemperatur, während
Beimischungen von Bleioxyd zu Bariumtitanat die Sprungtemperatur der Dielektrizitätskonstanten
mit wachsendem Bleioxydgehalt erhöhen. Die Erfindung
nutzt nun diesen Sprung der Dielektrizitätskonstanten in bevorzugter Weise für einen Bildwandler
aus. Durch die Möglichkeit, das temperatur empfindliche
Gebiet in weiten Grenzen frei wählen zu können, läßt sich der Bildwandler den verschiedenartigsten
Bedingungen anpassen. Beispielsweise wird man bei einem Bildwandler, welcher verhältnismäßig
niedrig temperierte Körper abbilden soll, Stoffe mit niederer Sprungtemperatur verwenden.
Zur weiteren Steigerung der Anzeigeempfindlichkeit wird außerdem noch vorgesehen, die dielektrische
Schicht bis dicht unterhalb der Sprungtemperatur der Dielektrizitätskonstanten vorzuwärmen und der umzuwandelnden
Ultrarotstrahlung nur die allerletzte Temperaturerhöhung zu überlassen. Die Erwärmung
kann z. B. durch Strahlung, z. B. Ultrarotstrahlung, und/oder durch direkte elektrische Aufwärmung der
Schicht erfolgen.
Der dielektrische Stoff hoher Temperaturabhängigkeit absorbiert im allgemeinen nur einen Teilbereich
des Spektrums der abzubildenden Strahlung. Der selektive Absorptionsbereich läßt sich durch geeignete
Wahl der dielektrischen Stoffe großer Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten bis zu
einem gewissen Grade verändern. Wesentlich freier in der Wahl des Absorptionsbereiohes wird man jedoch,
wenn man der strahlungsempfindlichen Zelle noch besondere Stoffe mit speziellen Strahlenabsorptionseigenschaften
beigibt. Durch geeignete Stoffbeimengungen,
wie Glaspulver, Ruß, Platinmoor -Metallschichten, welche in einer Stickstoffatmosphäre aufgedampft
wurden,- u. dgl., ist es dann möglich, den Absorptiomsbereich der Zelle und damit den Anzeigebereich
des Bildwandlers auf das ganze Band des ultraroten Spektrums und darüber hinaus auszudehnen.
Die Erfindung sieht, um eine hohe Abbildungsschärfe zu erzielen, weiter vor, die Wärmequerleitfähigkeit
der Temperatur der strahlungsempfindlichen Zelle besonders stark herabzusetzen. Dies kann durch
Venvendung von Stoffen kleiner Wärmeleitfähigkeit und/oder durch Verwendung von sehr dünnen Schick- 6b
ten, aus denen die Zelle aufgebaut ist, durch eine Distanzierung dieser Schichten und/oder durch Schichten,
welche in der Querrichtung unterbrochen sind, erzielt werden. Außerdem kann die Zelle zur Herabsetzung
der Wärmeübertragung in einem evakuierten •Gefäß .angeordnet werden.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Auf einer geeigneten Unterlage 1,
beispielsweise auf eimer dünnen Gl immer scheibe, ist eine elektrisch leitende, eventuell durchsichtige
Schicht 2 aufgebracht. Auch kann die Unterlage 1 von sich aus schon eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
In diesem Falle erübrigt sich das Anbringen der Schicht 2. Auf der leitenden Schicht 2 befindet sich
der elektrolumineszierende Leuchtstoff 3. Mit 4 ist die Strahlungsabsorbierende Schicht großer Abhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten von der Temperatur bezeichnet. Die Schicht 4 ist mit einer elektrisch leitenden,
strahlendurchlässigen Schicht 5 versehen. Die strahlenempfindliche Zelle wird in der durch die Ziffer
7 bezeichneten Richtung der Strahlung ausgesetzt. Bei 6 wird eine Wechselspannung zur Anregung der
Elektrolumineszenz angelegt.
Ein abgeändertes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 2. Hier wird an Stelle der elektrolumineszierendcn
Schicht 3 und der Schicht hoher Didcktrizitätskonstanten-Temperaturempfind'liohkeit,
welche die auftreffende Strahlung absorbiert, eine Schicht 8 vorgesehen, welche aus einer Mischung von elektroluminesziereudem
Stoff und einem strahlenabsorbierenden
Stoff hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektritätskonstanten besteht.
Ein weiteres von den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 abgeändertes Ausführungsbeispiel zeigt
die Fig. 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist die leitfähige, strahlendürchlässige Schicht 5 ebenfalls auf
einem Träger 9 aufgebracht. Die Schicht 8 besteht, genau wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, aus
einer Mischung von elektrolumineszierendem Leuchtstoff und einem strahlenabsorbierenden Stoff hoher
Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Ausführungsbeispiel,
welches in der Fig. 2 dargestellt ist, besteht darin, daß die Schicht 8 nicht aus einer gleichmäßigen
Schicht, sondern aus einzelnen unterbrochenen Teilchen besteht. Dadurch ergibt sich der Vorteil,
daß quer zu der strahlungsempfindlichen Zelle eine verringerte Wärmeleitfähigkeit besteht. Im anderen
Falle kann sich je nach der Intensität der auftreffenden Strahlung und der geometrischen Anordnung und
Ausführung der strahilungsempfindlichen Zelle eine Unscharfe des Bildes infolge einer Wärmcquerleitfähigkeit
der strahlenabsorbierenden und elektrolumineszierenden Schicht ergeben.
Der strahlenabsorbierenden Schicht hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten können
auch noch weitere strahlenabsorbierende Stoffe beigegeben werden. Beispielsweise wird durch Beimengung
von Ruß, Platinmoor, Glaspulver u. dgl. eine S.trahlenabsorption nahezu im ganzen Ultrarotbereich
und unter Umständen auch noch darüber hinaus erzielt. Im Falle der Ausführungsbeispiele der Fig. 2
und 3 sind diese zusätzlichen strahlenabsorbierenden Stoffe gleichzeitig mit dem elektrolumineszierenden
Stoff und.dem Stoff hoher Temperaturabhangigke.it der
Dielektrizitätskonstanten beigegeben.
Die strahlenempfindliche Bildwändlerzelle läßt sich auch so ausführen, daß auf die Anbringung eines Trägers
1 bzw. 9 verzichtet wird. Die mechanische Stabilität wird in diesem Fall durch die anderen Schichten
erzielt. Diese Ausführungsart hat den besonderen Vorteil, daß die Querwärmeleitfähigkeit besonders niedrig
ist. ~
Ein Beispiel für die gesamte Anordnung eines Bildwandlers für ultrarote Strahlung zeigt die Fig.. 4. Die
strahlenempfindliche Zelle 10 befindet sich in einem strahlengeschützten Gehäuse 11. Dieses Gehäuse kann,
um den Wärmetransport in Querrichtung infolge der Konvektion zu vermindern, auch evakuiert sein. Die
strahlenempfindliche Zelle 10 kann entsprechend den
Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 aufgebaut sein. Das strahlengeschützte Gehäuse 11 besitzt auf der
Rückseite eine für optische Strahlung durchlässige Schicht 13. Um störende Strahleneinwirkungen durch
die Schicht 13 auf die strahlenempfindliche Zelle 10 des Bildwandlers zu vermeiden, ist diese Schicht 13 so
ausgeführt, daß sie für ultrarote Strahlen nicht durchlässig ist. Diese Schicht kann z.B. aus Glas bestehen.
Mit der Optik 12 wird der ultrarot strahlende Körper auf der strahlenempfindlichen Schicht 10 abgebildet.
Diese Optik 12 besteht in der üblichen Weise aus ultrarot durchlässigen Materialien, wie Quarz, Natriumchlorid
u. dgl.
An Stelle einer Linse kann in vorteilhafter Weise auch ein Spiegel verwendet werden. In diesem Falle
tritt durch die Abbildungsoptik überhaupt keine merkliche Absorption auf. Außerdem läßt sich ein Spiegel
im Ultrarotgebiet einfacher ohne störende Abbildungsfehler ausführen. Das strahlengeschützte Gehäuse
11 enthält außerdem noch eine Strahlenquelle 15 und eine Abbildungsoptik 14. Durch diese Vorrichtung
kann eine gleichmäßige Bestrahlung der strahlungsempfindlichen Zelle erzielt werden. Die Substanz
hoher Dielektrizitätskonstanten-Temperaturabhängigkeit läßt sich damit bis an den Sprungpunkt der Dielektrizitä.tskonstanten
vorwärmen. Eine andere Art der Vorwärmung der strahlenempfindlichen Zelle besteht
darin, den Stoff hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten durch einen elektrisohen
Strom, welcher durch die elektrisch leitenden Schichten geschickt wird, zu erwärmen. Im Falle der Sichtbarmachung
eines Temperaturbildes wird d'ie temperaturempfindliche Bildzeile mit der abzubildenden
Fläche des Körpers in Wärmekontakt gebracht.
35
Claims (15)
1. Bildwandler, bei welchem ein strahlungsempfindlicher Stoff die Lumineszenz eines elektrolumineszierenden
Stoffes steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche Schicht aus einem Stoff hoher zur Lumineszenzsteuerung
ausnutzbarer Änderung der Dielektrizitätskonstanten mit der Temperatur besteht.
2. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindliche
Schicht aus einem Stoff besteht, dessen Dielektrizitätskonstante sich mit der Temperatur sprunghaft
ändert.
3. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoff hoher Temperaturabhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten ferroelektrische Stoffe, wie z. B. Erdalkalititanate, insbesondere
Bariumtitanat und Strontiumtitanat, und/oder deren Mischungen und/oder aus Mischungen
von Erdälkalititanaten mit Metalloxyd, wie
z. B. Bariumtitanat und Bleioxyd u. dgl,, bestehen.
4. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoff hoher Temperaturabhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten ein solcher verwendet wird, der in einem gewünschten
Wellenbereich der ultraroten Strahlung selbst ein großes Absorptionsvermögen aufweist.
5. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stoff hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten solche Stoffe beigemischt sind, die im gewünschten Wellenlängenbereich
hohe Absorption aufweisen.
6. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolumineszierende Stoff
und der Stoff hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten schichtförmig angeordnet
sind.
7. Bildwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmekontakt, in dem die
Schicht mit hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten mit den übrigen Schichten
der strahlenempfindlichen Zelle steht, möglichst gering gehalten ist.
8. Bildwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit hoher Temperaturabhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten in einem Abstand von der elektrolumineszierenden
Schicht angeordnet ist.
9. Bildwandler nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher Temperaturabhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten und/oder die elektrolumineszierende Schicht aus einzelnen, voneinander getrennten Teilen aufgebaut
ist.
10. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolumineszierende Stoff
und der Stoff hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten miteinander vermischt
sind.
11. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff hoher Temperaturabhängigkeit
bis nahezu an die Sprungtemperatur der Dielektrizitätskonstantenänderung vorerwärmt
wird.
12. Bildwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung der Vorerwärmung ein Strom herangezogen ist, von dem die
elektrisch leitenden Schichten der strahlenempfindlichen Zelle durchflossen sind.
13. Bildwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung durch eine
zusätzliche Strahlung erfolgt, welche die Schicht hoher Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten
gleichmäßig bestrahlt.
14. Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle in einem strahlengeschützten
Gehäuse angeordnet ist.
15. Bildwandler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse evakuiert ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Also Published As
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|---|---|
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