DE1200969B

DE1200969B - Radiation amplifier

Info

Publication number: DE1200969B
Application number: DEI15267A
Authority: DE
Inventors: Paul William Kruse
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1957-09-27
Filing date: 1958-08-20
Publication date: 1965-09-16

Description

Strahlungsverstärker Die Erfindung befaßt sich mit Strahlungsverstärkern, insbesondere mit solchen auf Festkörperbasis zur Wiedergabe und verstärkten Wiedergabe eines Strahlungsbildes.Radiation amplifiers The invention is concerned with radiation amplifiers, especially with those based on solid state for playback and amplified playback a radiation image.

Strahlungsverstärker der genannten Art, die elektrolumineszierendes Material benutzen, sind bereits vorgeschlagen. Diese Strahlungsverstärker sind gewöhnlich aus Schichten zusammengesetzt; die Schichten sind für alle praktischen Zwecke in der Weise eines gewöhnlichen Kondensators, mit parallelen Platten aufgebaut. Das dielektrische Material ist zwischen zwei Platten angeordnet. Die Platten des Kondensators bestehen aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise dünnen durchsichtigen Filmen. Das Dielektrikum besteht aus zwei Schichten; eine Schicht wird aus fotoleitendem Material mit einer hohen elektrischen Impedanz im Dunkeln, beispielsweise Kadmiumsulfid, und die folgende Schicht aus elektrolumineszierendem Material gebildet. Wenn eine geeignete Spannung an die äußere leitende Schicht angelegt wird und kein Licht auf die Anordnung trifft, ist der Widerstand der fotoleitenden Schicht hoch genug, so daß die Spannung nicht ausreicht, um die Elektrolumineszenzschicht zur Lumineszenz anzuregen. Wenn jedoch auf die Anordnung Licht fällt, wird der Widerstand der fotoleitenden Schicht kleiner, die an der Elektrolumineszenzschicht liegende Spannung größer, wodurch diese zur Lumineszenz angeregt wird.Radiation amplifiers of the type mentioned, the electroluminescent Use material are already suggested. These radiation amplifiers are common composed of layers; the layers are in for all practical purposes in the manner of an ordinary capacitor, built with parallel plates. That dielectric material is sandwiched between two plates. The plates of the capacitor consist of electrically conductive material, for example thin transparent Film. The dielectric consists of two layers; one layer is made of photoconductive Material with a high electrical impedance in the dark, such as cadmium sulfide, and forming the following layer of electroluminescent material. When a appropriate voltage is applied to the outer conductive layer and no light is applied the arrangement meets, the resistance of the photoconductive layer is high enough so that the voltage is not sufficient to cause the electroluminescent layer to luminesce to stimulate. However, when light falls on the array, the resistance becomes the most photoconductive Layer smaller, the voltage applied to the electroluminescent layer greater, whereby this is stimulated to luminescence.

In der F i g. 1 sind die leitenden Streifen 10 als Platten wiedergegeben, das fotoleitende Material 11 als variabler Widerstand und das elektrolumineszierende Material 9 als Dielektrikum eines Kondensators. Wenn nun an die Klemmen 12 und 13 eine Wechselspannung angelegt wird, wird diese zwischen dem fotoleitenden Material oder Widerstand 11 und dem elektrolumineszierenden Material oder Kapazität 9 im Verhältnis ihrer Impedanzen geteilt, d. h., das fotoleitende Material 11 und das elektrolumineszierende Material 9 bilden einen Spannungsteiler. Es sei nun daran erinnert, daß das fotoleitende Material 11 einen großen Dunkelwiderstand hat und daß, wenn kein Licht auf das fotoleitende Material trifft, seine Impedanz relativ hoch ist, verglichen mit der Impedanz des elektrolumineszierenden Materials 9. Dadurch liegt ein relativ kleiner Teil der an den Klemmen 12 und 13 angelegten Spannung an dem elektrolumineszierenden Material 9. Nehmen wir nun an, daß Licht auf das fotoleitende Material 11 trifft, so wird dessen Impedanz kleiner, damit wird auch der Spannungsabfall kleiner, und die an dem elektrolumineszierenden Material liegende Spannung 9 wächst. Diese Spannung erregt das elektrolumineszierende Material 9 zur Lumineszenz, deren Helligkeit von der an dem elektrolumineszierenden Material liegenden Spannung abhängt. Die Helligkeit der Lumineszenz hängt also ab von dem Betrag des auf das fotoleitende Material 11 auffallende Licht. Ein auf eine Anzahl von Reihenschaltungen gemäß der F i g. 4 projiziertes Bild mit hellen und dunklen Flächen ergibt Lumineszenz der entsprechenden Elektrolumineszenzelemente 9 und dadurch ein dem projizierten Bild entsprechendes Bild. Das erhaltene Lumineszenzbild kann wesentlich heller sein als das projizierte.In FIG. 1 shows the conductive strips 10 as plates, the photoconductive material 11 as a variable resistor and the electroluminescent material 9 as the dielectric of a capacitor. If an alternating voltage is now applied to the terminals 12 and 13 , this voltage is divided between the photoconductive material or resistor 11 and the electroluminescent material or capacitance 9 in the ratio of their impedances, i. that is, the photoconductive material 11 and the electroluminescent material 9 constitute a voltage divider. It will now be recalled that the photoconductive material 11 has a large dark resistance and that when no light hits the photoconductive material, its impedance is relatively high compared to the impedance of the electroluminescent material 9. Thereby a relatively small part of the is present The voltage applied to terminals 12 and 13 is applied to the electroluminescent material 9. If we now assume that light hits the photoconductive material 11 , its impedance becomes smaller, so the voltage drop is also smaller, and the voltage 9 applied to the electroluminescent material increases . This voltage excites the electroluminescent material 9 to luminescence, the brightness of which depends on the voltage applied to the electroluminescent material. The brightness of the luminescence therefore depends on the amount of light incident on the photoconductive material 11. One based on a number of series connections according to FIG. 4 projected image with light and dark areas results in luminescence of the corresponding electroluminescent elements 9 and thereby an image corresponding to the projected image. The luminescence image obtained can be significantly brighter than the projected one.

Bei den bisher bekanntgewordenen Strahlungsverstärkern der beschriebenen Art war es erforderlich, daß das wiederzugebende Bild von der einen Seite auf die Anordnung projiziert wurde und daß das verstärkt wiedergegebene Bild von der anderen Seite betrachtet werden mußte. Es war mit derartigen Anordnungen nicht möglich, den Strahlungsverstärker direkt auf einer ebenen Wand anzubringen, um beispielsweise ein verstärkt wiedergegebenes Fernsehbild, das mittels einer Projektionsröhre und eines optischen Systems auf den Strahlungsverstärker geworfen wurde, zu betrachten.In the previously known radiation amplifiers of the described Art required that the image to be reproduced from one side to the Arrangement was projected and that the reproduced image amplified from the other Side had to be viewed. With such arrangements it was not possible to mount the radiation amplifier directly on a flat wall, for example an amplified reproduced television picture, which is produced by means of a projection tube and of an optical system thrown onto the radiation amplifier.

Es ist daher wünschenswert, einen Strahlungsverstärker vorzusehen, bei dem das Bild von der gleichen Seite betrachtet wird, von der es auf ihn projiziert wird. Dadurch ist es möglich, den Strahlungsverstärker auf einer ebenen, optisch undurchlässigen Wand anzuordnen. In der deutschen Patentschrift Nr. 1018 171 ist ein Strahlungsverstärker vorgeschla'gen',' bei - 'dem mindestens zwei Elektroden ein Stück eines strahlungsempfindlichen Werkstoffes (z. B. ein Fotowiderstand) und ein Stück eines elektrolumineszierenden Stoffes unter Zwischenschaltuilg von Hilfselektroden in einer zur Bestrahlungsrichtung sänkirechten Ebene angeordnet sind und bei dem das Stück des strahlungsempfindlichen Stoffes durch Bestrahluncy mit der umzuwandelnden Strahlung eine reversible Änderung seiner spezifischen elektrischen Impedanz, z. B. seines Widerstandes, erfäbrt, wodurch die auf elektrischem We2e durch2eführte Lichtanregung des Stückes aus eIeÜrolumiieszierendem Stoff gesteuert wird.It is therefore desirable to provide a radiation intensifier in which the image is viewed from the same side from which it is projected onto it. This makes it possible to arrange the radiation amplifier on a flat, optically opaque wall. In the German patent specification No. 1018 171 a radiation amplifier is proposed ',' with - 'the at least two electrodes a piece of a radiation-sensitive material (e.g. a photoresistor) and a piece of an electroluminescent material with the interposition of auxiliary electrodes in one for Irradiation direction sänkirechten plane are arranged and in which the piece of radiation-sensitive substance by irradiation with the radiation to be converted a reversible change in its specific electrical impedance, z. B. its resistance, which controls the electrical excitation of the piece made of egg-colored material.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, den in der deutschen Patentschrift Nr. 1018 171 beschriebenen Strahlungsverstärker zu vereinfachen, insbesondere die Herstellung eines derartigen Strahlun,asverstärkers rentabler zu gestalten.The object of the invention is to simplify the radiation amplifier described in German Patent No. 1018 171 , in particular to make the production of such a radiation amplifier more profitable.

bie Erfindunc, bezieht sich auf einen Strahlungsverstärker. bei dem mindestens zwei der Spannungszuführung dienende Hauptelektroden, ein Stück eines strahlungsempfindlichen Werkstoffes (z. B. ein Fotowiderstand) und ein Stück eines elektrolumineszierenden Stoffes in einer zur Bestrahlungsrichtung senkrechten Ebene angeordnet sind, und- bei- dem .das Stück des strahlungsempfindlichen Stoffes durch Bestrahlung mit der unizuwandelnden Strahlung eine reversible Änderung seiner elektrischen -Impedanz, z. B. seines Widerstandes, erfährt, - wodurch eine Änderung der Spannungsverteilung eintritt, durch welche die auf elektrischem Wege durchgeführte Lichtanregung des Stückes aus elektrolünlineszierendem. Stoff gesteuert wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Stück aus-dem strahlungsempfindlichen Stoff und das Stück aus dem elektrolumineszierenden Stoff unmittelbar, d. h. ohne trennende Hilfselektroden, miteinander in Kontakt stehen.bie invention, relates to a radiation amplifier. In which at least two main electrodes serving to supply voltage, a piece of a radiation-sensitive material (e.g. a photoresistor) and a piece of an electroluminescent substance are arranged in a plane perpendicular to the direction of irradiation, and - both - the piece of radiation-sensitive substance by irradiation with the radiation to be converted a reversible change in its electrical impedance, e.g. B. his resistance, experiences, - whereby a change in the voltage distribution occurs, through which the electrically performed light excitation of the piece from elektrolünlineszierendem. Substance is controlled. According to the invention, this is achieved in that the piece of the radiation-sensitive substance and the piece of the electroluminescent substance directly, ie. H. without separating auxiliary electrodes, are in contact with one another.

An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnu ' ngen *sei nun im folgenden die Erfindung' näher erläutert.With reference to the embodiments of the Zeichnu 'nts * The invention will now hereinafter' explained.

In den einzelnen Zeichnungen sind wiedergegeben in Fig. 1 das Ersatzschaltbild eines Festkörperstrahlungsbildverstärkers, F i -g. 2 ein Querschnitt eines Ausführungsbeispieles eines erßndungsgemäßeh Strahlungsverstärkers; Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1; F i g-. 4 gibt einen Querschnitt eines anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles wieder.In the individual drawings, FIG. 1 shows the equivalent circuit diagram of a solid-state radiation image intensifier, F i -g. 2 shows a cross section of an embodiment of a radiation amplifier according to the invention; FIG. 3 shows a cross section along line 2-2 of FIG. 1; F i g-. 4 shows a cross section of another embodiment according to the invention.

In den F i g. 2 und'3 ist der Strahlungsverstärker ganz allgemein mit IL bezeichnet. Auf' der inneren Oberfläche 3 einer verhältnismäßig dünnen Träger-m platte 1 aus durchsichtigem Material, beispielsweise Glas oder durchsichtiger Plastik,- ist- eine Schicht 4 aus fotoleitendem Material, beispielsweise Kadn iiumsulfid, -angeordnet. Die an die innere Öbe'rfläche 3 der Trägerplatte 2 anschließende Fläche 5 der fotoleitenden Schicht 4 hat eine Anzahl relativ tiefer und breiter voneinander getrennte Rillen 6. Die Oberflächie 5 der fotoleitenden Schielif hat ferner eine Anzahl relativ schmaler, -voneinander getremiter Rillen 7, die sich an die Seiten 8 der Rillen 6 anschließen. In den Rillen 6 sind Streifen # izon elektrolumineszierendem- Material - und 'in derf Rillen 7 Streifen 10 aus leitendem Material, beispidtsweise Kupfer, angeordnet. Wie' aus F i g. 2 hervorgeht, liegt zwischen j#4#iü #-,vair von Streifen 9 des Elektrolumineszenzstofi#s"z'usam.-nen mit den leitenden Streifen 10 ein Streifen 11 von fotoleitendem Tjatcria#t.In the F i g. 2 and 3, the radiation amplifier is designated quite generally with IL. On 'the inner surface 3 of a relatively thin plate-carrier m 1, made of transparent material such as glass or transparent plastic - iiumsulfid actual photoconductive layer 4 of a material, for example Kadn, - arranged. The surface 5 of the photoconductive layer 4 adjoining the inner Öbe'rfläche 3 of the carrier plate 2 has a number of relatively deeper and wider grooves 6 separated from one another. The surface 5 of the photoconductive Schielif also has a number of relatively narrow grooves 7 that are separated from one another adjoin the sides 8 of the grooves 6. In the grooves 6 are strip # izon elektrolumineszierendem- material - and 'in derf grooves 7 strips 10 of conductive material, copper beispidtsweise arranged. As' from Fig. 2, between j # 4 # iü # -, vair of strips 9 of the electroluminescent material together with the conductive strips 10 is a strip 11 of photoconductive material.

Die le'itenden Streifen 10a sind mit der Klemme 12 über den elektrischen Leiter 14 verbunden, während die zwischen dem Leiter 10 a liegenden leitenden Streifen lüb nfit Klemme 13 über den Leiter 15 verbunden sind. Die Klemmen 12 und 13 werden mit einer Wechselstromquelle geeigneter Spannung und Frequenz, d. h. beispielsweise 1000 Hz und 500 Volt, verbunden. Es ereibt sich also eine Anzahl von Reihenschaltungen. Jede Reihenschaltung -umfaßt ein Paar von leitenden Streifen 10 mit dem dazwischen anaeordneten Elektrolumineszenzstreifen 9 und einem fotoleitenden Streifen 11. Diese Reihenschaltungen sind entsprechend mit der Wechselstromquelle über die Klemmen 12 und 13 verbunden. Es ist auch möglich, die Trägerplatten 2 und 18 wegzulassen; es ergibt sich dann eine Anordnung, wie sie in F i g. 3 wiedergegeben ist, in der die gleichen Zeichen mit den gleichen Bezugsnummern versehen sind.The le'itenden strips 10a are connected to the terminal 12 via the electrical conductor 14, while those between the conductor 10 a underlying conductive strip 13 lüb nFit terminal via the conductor 15 is connected. Terminals 12 and 13 are powered by an alternating current source of suitable voltage and frequency, e.g. H. for example 1000 Hz and 500 volts. So there is a number of series connections. Each series connection comprises a pair of conductive strips 10 with the electroluminescent strip 9 arranged therebetween and a photoconductive strip 11. These series connections are connected to the alternating current source via terminals 12 and 13 , respectively. It is also possible to omit the carrier plates 2 and 18; an arrangement then results as shown in FIG. 3 is reproduced, in which the same characters are provided with the same reference numbers.

Auch aus F i u. 2 und 4 geht hervor, daß, wenn C tD das Licht, wie der Pfeil 16 anzeigt, auf den Strahlungsverstärker 1 trifft, die Reihenschaltungen, gebildet aus den leitenden Streifen 10, den fotoleitenden Streifen 11 und den elektroluinineszierenden Streifen 9, senkrecht zur Einfallsfichtung des Lichtes angeordnet sind. Da * die elektrolumineszierenden Streifen 9 in der gleichen Ebene wie die fotoleitenden Streifen 11 angeordnet sind, kann das resultierende Bild' (s. Pfeil 17) von der -gleichen Seite betrachtet werden, von der das wiederzugebende projiziert wird.It can also be seen from Figs. 2 and 4 that when C tD the light hits the radiation amplifier 1 as indicated by the arrow 16 , the series connections formed from the conductive strips 10, the photoconductive strips 11 and the electroluininescent strips 9, are arranged perpendicular to the direction of incidence of the light. Since the electroluminescent strips 9 are arranged in the same plane as the photoconductive strips 11 , the resulting image (see arrow 17) can be viewed from the same side from which the one to be reproduced is projected.

Aus mechanischen Gründen kann es wünschenswert sein, eine weitere TrägerpIatte 18 auf der anderen Seite der fotoleitenden Schicht'4 anzuordnen. Diese- zweite Trägerplatte 18 wird vorzugsweise aus undurchsichtigem Material herg«estellt oder mit einer undurchsichtigen Schicht bedeckt, um das. Eindringeii von- LichüVen &r Rückseite der Anordnung zu vermeiden-, '-wodurch -Störungen des projizierten Bildes entstehen önnten. Auch die bei Feststoffbildverstärkern ' ah -sich bekannte Maßnahme, undurchsichtiges oder lichtdäm fendes Material zwi-. p sch.en den e-lektrolumineszier'eiiden Streifen« 9 und dem umgebenden fotoleitenden Material anzuordnea, um Rückkopplungeln de# Lichtes zu vermeiden, hat sich bei deiii Verstä& -er n'a'ch der Erfin'du; ng -all s- vorteilhait herausgestellt.For mechanical reasons, it may be desirable to arrange a further carrier plate 18 on the other side of the photoconductive layer 4. This second carrier plate 18 is preferably made of opaque material or covered with an opaque layer in order to avoid the penetration of light and the rear side of the arrangement, which could cause disturbances in the projected image. The 'ah --SiCH known for solid image intensifiers measure opaque or lichtdäm fendes material be-. To arrange the electroluminescent strip 9 and the surrounding photoconductive material in order to avoid feedback of the light, the invention has been used for amplifiers; ng -al l s- highlighted advantage.

. Der durch die Bestrahlung leitend werdende Teil des fotoleitenden Materials,- der'in der Reibenschaltung, bestehend aus leitdhdeni -Material, fotoIeitendem Material.Und Lumineszenzmaterial, angeordnet ist, ist beschränkt auf einen -dünnen, der Trägerplatte 2- benachbarten Streif#h 11. . The part of the photoconductive material that becomes conductive due to the irradiation - which is arranged in the friction circuit, consisting of conductive material, photo-conductive material, and luminescent material - is limited to a thin strip # h 11 adjacent to the carrier plate 2.

Der kleine Wi&rstand- dieses# Streifens schließt den 1#auptteil - des verbleibehden fotoleitenden Materials im -wesentlichen--kürz. Die erfindungsgemäße Anordnufig nützt die einfallende Strahlung am besten aus. Sie ergibt daher . ge genüber den anderen Anordnungen, 'bei denen die einfallende Strahlung die Ganzem fotoleitende Schicht durchdringen muß, äußerst große Empfindlichkeit. Die Anordnung hat außerdem den Vorteil,- daß sie auf einer ebenen Wand angeordnet werden kann, da das wiedergegebene' Bild- von der gjeich-en Seite betrachtet wird, von der auch das Bild projiziert wird. Der erfindungsgemäße Strahlungsverstärker eignet sich besonders für Projektionsfernsehen, da das Bild einer kleinen Kathodenstrahlröhre mit geeigneten optischen Mitteln vergrößert und verstärkt wiedergegeben und von der gleichen Seite betrachtet werden kann.The small resistance of this strip closes the main part - of the remaining photoconductive material - essentially - shorter. The arrangement according to the invention makes the best use of the incident radiation. It therefore results . Compared to the other arrangements, in which the incident radiation must penetrate the entire photoconductive layer, extremely high sensitivity. The arrangement also has the advantage that it can be arranged on a flat wall, since the reproduced image is viewed from the same side from which the image is also projected. The radiation amplifier according to the invention is particularly suitable for projection television, since the image of a small cathode ray tube can be reproduced enlarged and amplified with suitable optical means and viewed from the same side.

Claims

Claims: 1. Radiation amplifier, in which at least two main electrodes serving to supply voltage, a piece of a radiation-sensitive material (e.g. a photoresistor) and a piece of an electroluminescent substance are arranged in a plane perpendicular to the direction of radiation and in which the piece of radiation-sensitive substance a reversible change in its electrical impedance, e.g. B. its resistance, experiences, whereby a change in the voltage distribution occurs, through which the electrically performed light excitation of the piece of electroluminescent substance is controlled, characterized in that the piece of the radiation-sensitive substance and the piece of the electroluminescent substance directly, d . H. without separating auxiliary electrodes, are in contact with one another.

2. Radiation amplifier according to claim 1, characterized in that several radiation amplifiers are arranged next to one another in one plane and the successive electrodes of these radiation amplifiers are alternately connected to the poles of an alternating current source. 3. Radiation amplifier according to claim 1, characterized in that the electrodes and the electroluminescent material are embedded in the surface of the radiation-sensitive material. 4. Radiation amplifier according to claim 3, characterized in that for the purpose of embedding the electrodes and the electroluminescent substance, the surface of the radiation-sensitive substance is provided with grooves. 5. Radiation amplifier according to claim 1, characterized in that on both of the plane of the radiation amplifier parallel surfaces of the same 'frägerplatten, for example made of glass, mica or plastic are arranged, of which the carrier plate lying on the radiation incidence side is transparent. 6. Radiation amplifier according to claims 1 to 4, characterized in that the electroluminescent material is optically shielded from the photoconductive material. Considered publications: German Patent Specifications No. 968 667, 1018 171 USA.-Patent No. 2,768,310.