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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes
in einer photoleitfähigen Schicht mit bleibender innerer Polarisation, bei dem die
Schicht total belichtet, gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen
Feld quer durch die Schicht ausgesetzt und dann bildmäßig belichtet wird oder zuerst
bildmäßig belichtet und gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen
Feld quer durch die Schicht ausgesetzt wird.
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Bei einem früher vorgeschlagenen Verfahren ist das an die photoleitfähige
Schicht angelegte polarisierende elektrische Feld ein Gleichspannungsfeld, welches
die in der belichteten Schicht freigesetzten Ladungsträger gegen die eine Seite
der Schicht verschiebt, so daß sich die erzeugte innere Polarisation durch die ganze
Dicke der Schicht hindurcherstreckt. Dadurch weist dieses Verfahren den Nachteil
auf, daß es keine völlig zufriedenstellenden Ergebnisse zu erzielen gestattet.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, das eine wesentlich erhöhte Wirksamkeit besitzt.
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Gemäß der Erfindung ist dies dadurch erreicht, daß als polarisierendes
elektrisches Feld ein Wechselfeld angewendet wird.
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Durch die Erfindung werden unter anderem die Vorteile erzielt, daß
auf Grund einer symmetrischen Verschiebung der Ladungsträger in der photoleitfähigen
Schicht ein stärker ausgeprägtes Ladungsbild erhalten wird und daß in der Schicht
Informationen mit hoher Geschwindigkeit aufgezeichnet bzw. gespeichert und aus ihr
abgelesen werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem ähnlichen
Verfahren, bei dem die photoleitfähige Schicht total oder bildmäßig belichtet und
gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch
die Schicht ausgesetzt wird, als polarisierendes elektrisches Feld ein Wechselfeld
verwendet, dessen Feldstärke bildmäßig differenziert ist.
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Bei beiden Ausführungsformen kann das elektrische Wechselfeld durch
Anlegen einer Wechselspannung an zwei die photoleitfähige Schicht bedekkende Elektroden
erzeugt werden, von denen mindestens eine für die Belichtung durchlässig ist. Dies
läßt eine besonders bequeme Durchführung des Verfahrens zu.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die bildmäßige
Belichtung mit Infrarotstrahlung.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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F i g. 1 stellt eine photoleitfähige Schicht von üblicher Ausbildung
dar; die von zwei strahlendurchlässigen Elektroden abgedeckt ist, durch deren eine
die Schicht belichtet wird; F i g. 2 zeigt das Anlegen eines polarisierenden elektrischen
Wechselfeldes an die belichtete Schicht; F i g. 3 veranschaulicht die in der Schicht
durch Polarisation erzeugte Ladungsverschiebung; F i g. 4 ist eine schaubildliche
Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher die photoleitfähige Schicht zwischen
zwei Elektroden gefügt ist, die an ihrer Innenseite rechtwinklig zueinander verlaufende
leitende Streifen aufweisen, welche eine Polarisation nur in ausgewählten Bereichen
der Schicht herbeizuführen gestatten; F i g. 5 ist eine auseinandergezogene Darstellung
des aus der photoleitfähigen Schicht und den Elektroden bestehenden Aufbaus gemäß
F i g. 4 in Verbindung mit einer Schalteinrichtung zum Anlegen eines polarisierenden
Wechselfeldes an ausgewählte leitende Streifen der Elektroden.
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Bei der in F i g. 1 wiedergegebenen Ausführungsform ist eine photoleitfähige
Schicht 10 von üblicher Art zwischen zwei Elektroden 12 und 14 angeordnet,
die vorzugsweise beide strahlendurchlässig sind und beispielsweise aus elektrisch
leitendem Glas bestehen. Während die beiden Elektroden geerdet sind, wird die photoleitfähige
Schicht 10 durch die eine Elektrode 12 hindurch belichtet, um in der Schicht bewegliche
Ladungsträger zu erzeugen, die, wie sich gezeigt hat, Elektronen sind.
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Es wurde gefunden, daß eine Bestrahlung mittels einer gewöhnlichen
Wolframlampe, z. B. während einer Zeitdauer von 30 Sekunden, oder mittels einer
anderen Quelle, die eine Strahlung von einer Wellenlänge liefert, welche kürzer
als die des sichtbaren Lichtes ist, für die Erzeugung beweglicher Ladungsträger
wirksam ist. Bei Zinksulfid ist ultraviolettes Licht am wirksamsten, bei Zink-Cadmiumsulfid
wird blaues Licht bevorzugt, und bei Cadmiumsulfid ist grünes Licht wirksam.
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Danach, selbst etwa einen Tag später, kann an die photoleitfähige
Schicht eine Wechselspannung angelegt werden (F i g. 2), um eine Trennung der Ladungsträger
hervorzurufen. So kann ein elektrisches Wechselfeld, das eine Frequenz von 60 Hz
und eine Spannung von etwa 250 Volt hat, während einer Zeit in der Größenordnung
von 15 Sekunden angelegt werden. Die Wirkung des elektrischen Wechselfeldes besteht
darin, daß die in der photoleitfähigen Schicht 10 durch die Belichtung freigesetzten
beweglichen Ladungen oder Elektronen in der Nähe der Oberfläche der Schicht unter
jeder Elektrode eine Ladungsschicht bilden (F i g. 3), die nach Wegnahme des Wechselfeldes
bestehen bleibt. Daher ist eine beliebige Art Wechselspannung, die beispielsweise
lediglich ein wiederholtes Umkehren eines Gleichstrompotentials sein kann, ausreichend,
um die Trennung der Ladungsträger hervorzurufen. Frequenzen bis zu 30 kHz können
verwendet werden, obgleich die obere Grenze wahrscheinlich durch die Beweglichkeit
der Ladungsträger in dem jeweils für die photoleitfähige Schicht benutzten Material
bestimmt wird. Wenn sowohl die Belichtung als auch das elektrische Wechselfeld homogen
ist, ist die Verschiebung der Ladungsträger etwa symmetrisch mit Bezug auf die in
F i g. 3 durch die Linie 15 angedeutete Mittelebene der Schicht 10. Die Stärke der
Ladungsschicht ist konzentrierter, als wenn ein polarisierendes Gleichspannungsfeld
verwendet wird, und daher wird bei bildmäßiger Differenzierung ein besserer Kontrast
erhalten.
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Das elektrische Wechselfeld hat nur dann eine polarisierende Wirkung,
wenn die photoleitfähige Schicht vorbelichtet ist. Es ist natürlich möglich, das
Wechselfeld während der Belichtung anzulegen, jedoch muß die Belichtung vor der
Wegnahme des Wechselfeldes abgeschaltet werden.
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Die Ladungsverschiebung bzw. die Trennung der Ladungsträger, die sich
aus dem Anlegen des elektrischen Wechselfeldes ergibt, bleibt im Dunkeln über-Stunden
bestehen. Sie kann dadurch aufgehoben werden, daß die Elektroden geerdet werden
und die
Schicht einer Totalbelichtung ausgesetzt wird, deren Dauer
kürzer als 0,8 Mikrosekunden sein kann.
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Nachstehend werden zwei Beispiele zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung beschrieben.
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Gemäß der einen Ausführungsform wird die photoleitfähige Schicht zunächst
bildmäßig belichtet, und dann wird an sie ein homogenes elektrisches Wechselfeld
angelegt. Die anfängliche Belichtung erzeugt in ,der Schicht bewegliche Ladungsträger,
deren Konzentration eine Funktion der Belichtungsintensität ist, während das Anlegen
des homogenen Wechselfeldes eine Trennung bzw. Verschiebung der Ladungsträger verursacht.
Das in der Schicht erzeugte Ladungsbild kann unter Verwendung üblicher elektrophotographischer
Maßnahmen entwickelt oder mittels einer Abtastsonde und eines Ladungsanzeigers,
z. B. eines Elektrometers, gemessen oder zur Erzeugung von Signalen zur Informationsübertragung
bzw. -speicherung oder für andere Zwecke verwendet werden.
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Die zweite Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß die photoleitfähige
Schicht zunächst totalbelichtet wird, um die beweglichen Ladungsträger zu erzeugen,
und dann an die Schicht ein homogenes elektrisches Wechselfeld angelegt wird, um
eine Verschiebung der Ladungsträger hervorzurufen, die mit Bezug auf die senkrecht
zur Richtung des angelegten Feldes verlaufende Mittelebene der Schicht (F i g. 3)
im wesentlichen symmetrisch ist. Diese Ladungsverschiebung kann aufrechterhalten
werden, bis es gewünscht wird, eine bildmäßige Belichtung vorzunehmen. Dann wird
die Schicht einer zweiten bildmäßigen Belichtung unterworfen, um eine teilweise
Aufhebung der Trennung der Ladungsträger zu bewirken, während die Elektroden geerdet
sind. Nach dieser Belichtung kann die Schicht wieder während einer beträchtlichen
Zeitdauer aufbewahrt werden, bevor das Polarisations-Ladungsbild ausgewertet wird.
Das verbleibende Ladungsbild weist für die nicht belichteten Bildteile der bildmäßigen
Belichtung die volle Ladungstrennung auf, die in dem betreffenden Teil der Schicht
erhalten bleibt, während für die belichteten Bildteile die Ladungstrennung im wesentlichen
aufgehoben wird. Da ein Lichtblitz mit einer Einfallsenergie von mehreren Erg/cm2
und mit einer Dauer von weniger als einer Mikrosekunde ausreichend ist, um die Ladungstrennung
aufzuheben, wird eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit erreicht.
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In der Schicht 10 kann gemäß der Erfindung eine Information
auch dadurch gespeichert werden, daß die Schicht einem elektrischen Wechselfeld
ausgesetzt wird, dessen Feldstärke bildmäßig differenziert ist, d. h. das nicht
homogen ist, wie es bei den vorstehend erläuterten Beispielen angenommen wurde.
Das elektrische Wechselfeld von veränderlicher Intensität kann in Kombination mit
einer homogenen Belichtung oder mit einer bildmäßigen Belichtung verwendet werden.
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Zum Speichern einer binären Information in der Schicht 10 kann ein
Elektrodenaufbau verwendet werden, wie er in F i g. 4 und 5 dargestellt ist. Hier
ist eine photoleitfähige Schicht 100 zwischen zwei Elektroden 102 und 104
eingefügt. Diese Elektroden können aus leitendem Glas bestehen, und jede Elektrode
weist an ihrer Innenseite durch schmale nichtleitende Streifen getrennte leitende
Streifen 106 bzw. 108 auf. Die leitenden Streifen 106 an der einen Elektrode 102
liegen insgesamt parallel zueinander und sind vorzugsweise rechtwinklig zu den ebenfalls
parallelen Streifen 108 an der anderen Elektrode 104
angeordnet. Die
Streifen 106 der Elektrode 102 sind mit den Kontakten eines Schalters 112 und die
Streifen 108 der Elektrode 104 mit den Kontakten eines Schalters 114 verbunden,
und die bewegbaren Kontaktarme der Schalter 112 und 114 sind an die Ausgangsklemmen
einer Wechselspannungsquelle 116
angeschlossen.
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Die photoleitfähige Schicht 100 wird mit einer homogenen Strahlung
total belichtet, um in ihr bewegliche Ladungsträger zu erzeugen, und die Schicht
wird dann einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt, indem die Wechselspannungsquelle
116 aufeinanderfolgend an jeden der waagerechten leitenden Streifen 106 der Elektrode
102 angelegt wird. Während der Kontaktarm des Schalters 112 auf einem der Kontakte
bleibt, der mit einem der Streifen 106 der Elektrode 102 verbunden ist, kann der
Kontaktarm des Schalters 114 an jede seiner Stellung bewegt und ein Schalter
118 wahlweise gemäß der in der Schicht 100 zu speichernden Information
geschlossen werden, um die verschiedenen Bereiche der Schicht selektiv zu polarisieren.
Das elektrische Wechselfeld wirkt somit dahingehend, eine Ladungsverschiebung, die
mit Bezug auf die senkrecht zur Richtung des angelegten Feldes verlaufende Mittelebene
der Schicht im wesentlichen symmetrisch ist, nur in denjenigen Bereichen der Schicht
100 zu erzeugen, wo das elektrische Feld angelegt ist. In den übrigen Bereichen
der Schicht, die nicht polarisiert sind, findet keine Trennung der Ladungsträger
statt.
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Die Erfindung ist weiterhin zur Verwendung von Infrarotstrahlung für
die Belichtung geeignet. Infrarotstrahlung hat die Wirkung, daß sie die in der photoleitfähigen
Schicht erzeugten freien Ladungen veranlaßt, sich wieder zu vereinigen, so daß sie
durch Anlegen des polarisierenden elektrischen Feldes nicht getrennt werden können.
Wenn daher eine photoleitfähige Schicht mit sichtbarem Licht, Ultraviolettstrahlung
oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung, die eine Wellenlänge kleiner als
etwa 0,6 bis 0,8 gm hat, total belichtet wird, so daß freie Ladungen erzeugt werden
und die Schicht mit einer Infrarotstrahlung, die Wellenlängen bis zu 2,5 #tm hat,
bildmäßig belichtet oder anderweitig bildmäßig erwärmt wird, werden die vorher erzeugten
freien Ladungen entsprechend der Belichtung in bildmäßiger Verteilung eingefangen.
Wenn danach ein Wechselspannungsfeld angelegt wird, enthalten nur diejenigen Bereiche
der photoleitfähigen Schicht, die nicht durch Infrarotstrahlung belichtet oder anderweitig
erwärmt wurden, freie Ladungsträger, die getrennt werden können.