DE1263944B - Als Bildwandler bzw. Bildverstaerker geeignete Einrichtung zur bildhaften Steuerung eines homogenen bildfreien, beliebig hellen Lichtbuendels - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-39/02

Nummer: 1263 944

Aktenzeichen: S 6560

Anmeldetag: 28. Oktober 1959

Auslegetag: 21. März 1968

Die Erfindung betrifft als Bildwandler bzw. Bildverstärker für unsichtbare oder sichtbare Wellenoder Korpuskularstrahlung geeignete Einrichtungen zur Erzeugung von Bildern durch Steuerung eines homogenen bildfreien, einer Schlierenoptik ausgesetzten, beliebig hellen Lichtbündels, ausgestattet mit einer auf die zu verstärkenden Strahlen elektrisch ansprechenden photoleitenden Schicht, einer deformierbaren Schicht und einer das Licht des zu steuernden Lichtbündels spiegelnden Schicht.

Eine Lichtsteuereinrichtung mit deformierbarer Schicht wurde z. B. zur verstärkten Sichtbarmachung von Fernsehbildern bei dem sogenannten »Eidophorverfahren« bekannt (siehe z.B. Prof. Dr. F. Schröter, »Fortschritte in der Fernsehgroßprojektion«, in Physikal. Blätter 1958, S. 490 bis 498). Bei diesem Verfahren läßt man die von einem geeignet modulierten Elektronenstrahl erzeugten Kraftwirkungen im Hochvakuum auf eine deformierbare ölschicht einwirken. Dadurch werden Veränderungen der Oberflächenform der ölschicht erzeugt, die durch eine in einer sehlierenoptischen Einrichtung angeordnete, beliebig starke Bogen- oder Punktlichtlampe sichtbar gemacht werden können. Dabei ist es nachteilig, daß das deformierbare Medium im Hochvakuum der Einwirkung von Elektronenstrahlen ausgesetzt werden muß. Durch die Wirkung der Elektronenstrahlen zersetzt sich nämlich das deformierbare Medium, so daß es notwendig wird, zusätzliche Apparaturen, wie z.B. Vakuumpumpen und Reinigungsanlagen, vorzusehen, um das Hochvakuum aufrechtzuerhalten und um die Zersetzungsprodukte zu entfernen. Weiter ist es nachteilig, daß nach diesem Verfahren nur Fernsehsignale verstärkt wiedergegeben werden können, Sq müssen z. B, die Hell-Dunkel-Unterschiede von zu verstärkenden Bildern mittels einer kostspieligen Fernsehaufnahmeeinrichtung in Fernsehsignale umgewandelt werden.

Es wurden daher Versuche unternommen, Lichtsteuereinrichtungen zu entwickeln, bei denen die Anwendung von durch Fernsehsignale modulierten Kathodenstrahlen vermieden ist. Eine bekannte derartige Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer Elektrode, einer lichtempfindlichen Schicht und einer deformierbaren Schicht, die mit einer ebenfalls deformierbaren Spiegelschicht verbunden ist. Die deformierbare Spiegelschicht ist als zweite Elektrode ausgebildet. Die zwei Elektroden sind mit einer Gleichoder Wechselspannungsquelle verbunden. Bei dieser Anordnung wird das zu verstärkende Bild auf die lichtempfindliche Schicht projoziert. Dadurch wird in der bei Festkörperbildverstärkern bekannten Weise Als Bildwandler bzw. Bildverstärker geeignete
Einrichtung zur bildhaften Steuerung eines
homogenen bildfreien, beliebig hellen
Lichtbündels

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Henkestr. 127

Als Erfinder benannt:
Dr, Wilhelm Stürmer, 8520 Erlangen

das zwischen den Elektroden liegende elektrische Feld entsprechend den Hell-Dunkel-Unterschieden des Bildes gesteuert, so daß auf die deformierbare Elektrode Kräfte einwirken, die bildhafte Deformierungen bewirken. Die Deformierungen können, wie bei dem oben geschilderten »Eidophorverfahren«, mittels einer beliebig hellen Lichtquelle sichtbar gemacht werden. Diese Einrichtung besitzt den Nachteil, daß eine spiegelnde elektrisch leitende Schicht notwendig ist, welche reversibel deformiert werden kann. Hinreichend elastische und längere Zeit unter der bestimmungsgemäßen Beanspruchung haltbare Spiegelschichten sind nämlich schwierig zu erhalten.

Bei der Erfindung werden keine deformierbaren

leitenden Spiegelschichten benötigt, indem von der Erscheinung Gebrauch gemacht wird, daß sich zwischen einer mit einem Loch versehenen Elektrode und einer parallel zu dieser aufgestellten zweiten Elektrode, die eine kleinere Ausdehnung als das Loch besitzt und deren Mittelpunkt koaxial zum Lochmittelpunkt liegt, ein elektrisches Feld ausbildet, welche sich entsprechend der an den Elektroden liegenden Spannung mehr oder weniger weit durch das Loch hindurch erstreckt und daß ein in eine deformierbare Schicht hineinragendes inhomogenes elektrisches Feld eine Veränderung der Dicke dieser Schicht verursacht. Dementsprechend ist eine Lichtsteuereinrichtung, die im wesentlichen aus einer Vereinigung einer lichtempfindlichen Schicht und einer deformierbaren Schicht mit einer Spiegelschicht besteht, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Folge und in elektrischem Kontakt nacheinander angeordnet sind: Eine als Elektrode

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dienende, für die Strahlung praktisch durchlässige elektrisch leitende Schicht, ferner die auf die Strahlung ansprechende, photoleitende Schicht, ferner eine unzusammenhängende Schicht aus elektrisch leitenden Belägen, die vorzugsweise gleiche Größe und Gestalt haben und gleichmäßig verteilt sind, ferner eine elektrisch isolierende Schicht mit einem in der Größenordnung des Dunkelwiderstands der photoleitenden Schicht liegenden Widerstand, ferner eine als zweite Elektrode dienende starre, elektrisch leitende Schicht, die mit Löchern durchsetzt ist, die etwas größer sind als die Belegungen der dritten Schicht und sich örtlich mit ihnen decken, ferner die spiegelnde Schicht und die deformierbare Schicht, ausgebildet als eine durch elektrische Feldstärke reversibel deformierbare Schicht aus elektrisch isolierendem Material.

Die Erfindung ist einerseits frei von Mangeln, die bei den Methoden auftreten, die auf elektrooptischen Effekten von Knstallen beruhen und geringe Größe aufweisen. Andererseits treten aber die Nachteile, die bei den bekannten deformierbaren Flächen bestehen, nicht auf. Im Gegensatz zum Eidophorverfahren ist kein Vakuum und keine Fernsehabtastung mit einem Kathodenstrahl erforderlich. Gegenüber den anderen bekannten Anordnungen mit deformierbaren Schichten ist keine leitfähige Spiegelschicht nötig, die der reversiblen Deformationsbeanspruchung ohne Schaden auch über längere Zeit standhalten muß.

Fallen bei einer Einrichtung nach der Erfindung durch einen Teil der Fläche der strahlendurchlässigen Elektrode zu verstärkende oder sichtbar zu machende Strahlen auf die strahlenempfindliche Schicht, so werden an diesen Stellen die elektrischen Eigenschaften dieser Schicht geändert. Es wird z. B. der Widerstand dieser Schicht vermindert. Hierdurch wird die zwischen den leitfähigen Belegungen und der durchlöcherten Elektrode liegende Spannung erhöht, so daß nunmehr zwischen den Belegungen und der durchlöcherten Schicht elektrische Felder entstehen, die durch die Löcher hindurchgreifen. Durch die elektrischen Felder wiederum wird erne Veränderung der Dicke der deformierbaren Schicht hervorgerufen. Damit wird durch die Bestrahlung der strahlungsempfindlichen Schicht eine Veränderung der Oberflächenform der deformierbaren Schicht erzeugt. Die veränderte Oberflächenform entspricht einem Reliefbild der auf die strahlungsempfindliche Schicht auftreffenden Hell-Dunkel-Unterschiede. Zur Sichtbarmachung des Reliefbildes kann eine bekannte schlierenoptische Anordnung mit beliebig heller Lichtquelle verwendet werden.

Die Einzelschichten der erfindungsgemäßen Lichtsteuereinrichtung können etwa aufgebaut sein aus folgenden Materialien:

Die deformierbare Schicht muß aus einem Stoff bestehen, der reversibel deformierbar ist, um den elektrischen Kraftwirkungen folgen zu können und nach Aufhören dieser Wirkungen selbständig wieder in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Außerdem muß dieser Stoff elektrisch isolierend sein, damit das in diese Schicht hineinreichende elektrische Feld aufrechterhalten bleibt. Lediglich zur Erzeugung besonderer Effekte, wie z.B. zur Herabsetzung der Kontraste, kann es bisweilen vorteilhaft sein, der deformierbaren Schicht ein gewisses Maß an Leitfähigkeit zu geben. Außerdem wird in der Regel von der deformierbaren Schicht noch verlangt, daß sie für das zur Sichtbarmachung der Deformierungen verwendet Licht in den zur Anwendung gelangenden Schichtdicken von etwa Vio bis Va mm durchlässig ist, damit eine Reflexion des Lichtes an der vorzugsweise als Spiegelschicht ausgebildeten, mit Löchern versehenen leitfähigen Schicht stattfinden kann. Ein undurchsichtiges Material kann verwendet werden, falls es eine gut reflektierende Oberfläche besitzt. Die an die deformierbare Schicht zu stellenden Anfordeo rungen werden insbesondere von Ölschichten erfüllt. Die mit Löchern versehene leitfähige Schicht, die in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung eine spiegelnde Oberfläche haben soll, kann aus beliebigem leitfähigem Material bestehen. Auch die voneinander isolierten leitfähigen Belegungen können aus einer beliebigen leitfähigen Substanz bestehen. In der Hauptsache werden sowohl die leitfähigen Belegungen als auch die durchlöcherte leitfähige Schicht aus Metallen, wie etwa Silber oder Platin, bestehen.

Die isolierende Zwischenschicht mit einem Widerstand, der etwa in der Größenordnung des Dunkelwiderstandes der lichtempfindlichen Schicht liegt; wird vorzugsweise als starrer Träger für die übrigen Schichten der Einrichtung ausgebildet und besteht etwa aus Glas oder Kunststoff. Diese Schicht wird zweckmäßig z. B. durch Einlagerung eines Farbstoffes oder durch Anbringen einer besonderen Schicht undurchsichtig gemacht. Damit soll erreicht werden, daß das zur Sichtbarmachung des Reliefbildes dienende Projektionslicht nicht auf die strahlenempfindliche Schicht einwirken kann. Eine durchsichtige Schicht kann nur dann angewandt werden, wenn die Empfindlichkeit des strahlenempfindlichen Stoffes in einem anderen Wellenlängenbereich liegt als diejenige des Projektionslichtes oder wenn die deformierbare Schicht undurchsichtig ist.

Die strahlenempfindliche Schicht wird in der Regel in an sich bekannter Weise aufgebaut aus einem strahlenempfindlichen Stoff, z.B. Cadmiumsulfid, und einem anorganischen bzw. organischen Bindemittel, wie etwa Cadmiumchorid bzw. Kunstharzen. Aus den bekannten, in ihren spezifischen elektrischen Eigenschaften umkehrbar beeinflußbaren Stoffen, z.B. Photowiderständen, wird für den jeweiligen Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Lichtsteuereinrichtung der am besten geeignete ausgewählt. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung als Röntgenbildwandler wird z.B.

in vorteilhafter Weise Cadmiumsulfid, bei der Sichtbarmachung von Ultrarotbildern hingegen Bleisulfid gewählt.

Die auf der lichtempfindlichen Schicht angebrachte Elektrode besteht aus einem Material, das für die sichtbar zu machende bzw. zu verstärkende Strahlung durchlässig ist.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Lichtsteuereinrichtung ist sowohl als Gleich- als auch Wechselspannung geeignet. Die Anwendung von Gleichspannung ist insofern besonders günstig, als manche Photoleiter, z.B. Cadmiumsulfid, bei Betrieb mit Gleichspannung eine etwa lOmal höhere Empfindlichkeit aufweisen als bei Wechselspannung.

Zur besseren Steuerung, insbesondere mit langwelliger Strahlung, z.B. Infrarot, kann als isolierende

' Zwischenschicht eine Platte aus photochemisch bearbeitbarem Glas verwendet werden, in welche bis zu einer- geeigneten Tiefe vorzugsweise kegelförmige

Vertiefungen eingeätzt sind. Photochemisch bearbeitbares Glas und seine Behandlung ist z.B. von Stookey in »Industrial and Engineering Chemistry«, Bd. 46, Januar 1954, S. 174 bis 176, beschrieben. In den Vertiefungen, also etwa den Kegelspitzen, befinden sich zweckmäßig metallische Kontakte. Die Wände der Vertiefungen sind mit einem strahlungsempfindlichen Halbleiter überzogen, während die stehengebliebenen Teile der angeätzten Außenseite der Glasplatte metallisiert sind. Auf der glatten Oberfläche der Glasplatte befindet sich die leitfähige Schicht, in welcher gegenüber den in den Vertiefungen angebrachten metallischen Kontakten Löcher eingebracht sind. Auf dieser leitfähigen Schicht befindet sich die deformierbare Schicht. Durch die mittels der Vertiefungen gegebene Vergrößerung der Fläche der strahlenempfindlichen Schicht wird, wie leicht einzusehen ist, eine Erhöhung der Wirksamkeit dieser Schicht erzielt.

In der Zeichnung sind in den F i g. 1 und 2 bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.

In F i g. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsteuereinrichtung zusammen mit einer bekannten schlierenoptischen An-Ordnung im Schnitt dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsteuereinrichtung, die insbesondere zur Sichtbarmachung von Ultrarotbildern geeignet ist.

In der F i g. 1 ist mit 1 die 2 mm dicke isolierende Zwischenschicht aus Polymethylmethacrylat bezeichnet. Diese Zwischenschicht 1, welche zugleich als Träger für die anderen Schichten dient, enthält einen scharzen Farbstoff, der diese Schicht undurchsichtig macht. Auf der einen Seite der Zwischenschicht 1 ist die aus Silber bestehende und mit Löchern versehene leitfähige Spiegelschicht 2 angebracht. Die Löcher besitzen einen Durchmesser von

2 mm und die Mittelpunkte der Löcher sind jeweils

3 mm voneinander entfernt. Auf der Spiegelschicht befindet sich die aus Siliconöl bestehende V2 mm dicke deformierbare Schicht 3. An der anderen Seite der Zwischenschicht 1 sind gegenüber den Löchern der Schicht 2 die ebenfalls aus Silber bestehenden, einen Durchmesser von 0,5 mm aufweisenden leitfähigen Belegungen 4 angebracht. Im Anschluß an die Belegungen 4 folgt die lichtempfindliche Schicht 5, die aus Cadmiumsulfid besteht und auf der die aus Zinndioxyd bestehende lichtdurchlässige Elektrode 6 angebracht ist. Die leitfähige Schicht 2 und die Elektrode 6 sind mit den Zuleitungen 7 und 8 der 1000 Volt liefernden Gleichspannungsquelle 9 verbunden.

Die Sichtbarmachung eines auf der Oberfläche der deformierbaren Schicht 3 in der oben beschriebenen Weise erzeugten Reliefbildes erfolgt in bekannter Weise mittels einer schlierenoptischen Einrichtung, bestehend aus der Lichtquelle 10, dem Streifenspiegel 11, dem Schlierenobjektiv 12, dem Projektionsobjektiv 13, dem Umlenkspiegel 14 und der Projektionsfläche 15. Das von der Lichtquelle 10 ausgehende Licht wird über den Streifenspiegel 11 und das Schlierenobjektiv 12 auf die Oberfläche der deformierbaren Schicht 3 der erfindungsgemäßen Einrichtung gelenkt. Bei glatter Oberfläche der Schicht 3 gelangen die Lichtstrahlen senkrecht auf die Spiegelschicht 2 und werden in die Einfallsrichtung zurückreflektiert. Durch die zwischen den Streifen des Spiegels 11 befindlichen Zwischenräume tritt also kein auf das Projektionsobjektiv 14 gerichtetes Licht hindurch, so daß die Projektionsfläche 15 dunkel bleibt. Treffen die von der Lichtquelle 10 kommenden Strahlen hingegen auf eine bildhaft deformierte Schicht 3 auf, so sind sie nach der Reflexion an der spiegelnden Fläche durch die bei zweimaligem Durchlaufen der deformierbaren Schicht eintretende Brechung aus der Einfallsrichtung abgelenkt und können zwischen Streifen des Spiegels 11 hindurch über das Projektionsobjektiv 13 und den Umlenkspiegel 14 auf die Projektionsfläche 15 gelangen. Da die Ablenkung des Lichtes von der Veränderung der Dicke der deformierbaren Schicht und diese wiederum von der Hell-Dunkel-Verteilung im zu verstärkenden bzw. sichtbar zu machenden Bild abhängt, wird auf der Projektionsfläche 15 ein der Helligkeit der Lichtquelle 10 entsprechend verstärktes Bild der auf die strahlenempfindliche Schicht 5 auftreffenden Strahlungsverteilung erhalten.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht die als Träger dienende 2 mm dicke isolierende Zwischenschicht 17 aus photochemisch bearbeitbarem Glas. In einer Oberfläche dieser Zwischenschicht 17 sind bis zu einer Tiefe von 1 Va mm kegelförmige Vertiefungen 18 eingeätzt. An den Kegelspitzen befinden sich metallische Kontakte 19, die den leitfähigen Belegungen 4 der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung entsprechen. Die Kegelwände sind mit einer 0,2 mm dicken Cadmiumsulfidschicht 20 überzogen. Die zwischen den kegelförmigen Vertiefungen verbliebene Oberfläche der Glasplatte 17 ist mit einer kolloidales Silber enthaltenen leitfähigen Schicht 21 überzogen. Die glatte Seite der Trägerschicht 17 ist mit einer aus Platin bestehenden Spiegelschicht 22 versehen. In dieser Schicht sind gegenüber den Metallkontakten 19 Löcher freigelassen. Die Löcher sind etwas größer als die Kontakte 19. Auf der Schicht 22 befindet sich die deformierbare Ölschicht23. Mit der leitfähigen Belegung 21 sowie mit der Spiegelschicht 22 sind die Anschlüsse der Gleichstromquelle 24 verbunden. Die Wirkungsweise dieser Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im übrigen derjenigen in Fig. 1 dargestellten gleich.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Als Bildwandler bzw. Bildverstärker für unsichtbare oder sichtbare Wellen- oder Korpuskularstrahlung geeignete Einrichtung zur Erzeugung von Bildern durch Steuerung eines homogenen bildfreien, einer Schlierenoptik ausgesetzten, beliebig hellen Lichtbündels, ausgestattet mit einer auf die verstärkenden Strahlen elektrisch ansprechenden photoleitenden Schicht, einer deformierbaren Schicht und einer das Licht des zu steuernden Lichtbündels spiegelnden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Folge und in elektrischem Kontakt nacheinander angeordnet sind: Eine als Elektrode dienende, für die Strahlung praktisch durchlässige elektrisch leitende Schicht, ferner die auf die Strahlung ansprechende, photoleitende Schicht, ferner eine unzusammenhängende Schicht aus elektrisch leitenden Belägen, die vorzugsweise gleiche Größe und Gestalt haben und gleich-

mäßig verteilt sind, ferner eine elektrisch isolierende Schicht mit einem in der Größenordnung des Dunkelwiderstandes der photoleitenden Schicht liegenden Widerstand, ferner eine als zweite Elektrode dienende starre, elektrisch leitende Schicht, die mit Löchern durchsetzt ist, die etwas größer sind als die Belegungen der dritten Schicht und sich örtlich mit ihnen decken, ferner die spiegelnde Schicht und die deformierbaxe Schicht, ausgebildet als eine durch elektrische Feldstärke reversibel deformierbare Schicht aus elektrisch isolierendem Material.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die deformierbare Schicht durchsichtig und die durchlöcherte leitfähige Schicht spiegelnd ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die deformierbare Schicht undurchsichtig ist und eine spiegelnde Oberfläche besitzt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die deformierbare Schicht aus einem Öl besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenschicht für sichtbares Licht undurchlässig ist.

6. Einrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenschicht eine photachemisch bearbeitbare Glasplatte ist, in deren mit dem strahlungsemfindlichen Stoff zu bedeckende Oberfläche Vertiefungen eingeätzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 698 082, 761008, 934313, 1020129;

schweizerische Patentschriften Nr. 224 686,
23Q613;

britische Patentschrift Nr. 778 376;

USA.-Patentschrift Nr. 2 644 938,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 519/517 3.63 © Bundesdruckerei Berlin