DE1764330A1 - Energieempfindliche Leuchtbildvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine energieempfindliche Leuchtbildvorrichtung. bie beschäftigt sich insbesondere mit Verbesserungen an auf Energie ansprechenden Lumineszenz-ßildvorrichtungen, wie sie üum Umsetzen und Verstärken sowie für die Speicherung und "Wiedergabe eines Einfallsenergiesignais benützt werden. Dabei wird ein eriergieempfindiiches Element, beispielsweise ein photoieiti'ähiges Element, ein Magnetowiderstandselement oder ein Piezowicier.standselement verwendet, dessen Eigenschaften, beispielsweise sein elektrischer Widerstand, sich in Abhängigkeit von einer Einfallsenergie ändern, die beispielsweise als Licht, als radioaktive Strahlung, als Magnetkraft oder als elastische Welle wirken kann, iiit dem energieempfindlichen Element wird ein elektrolumineszierendes Element verwendet, das bei Anregung durch ein elektrisches Wechselfeld luiniriesziert und dessen Lumineszenzausgangs-

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wellenform durch ein an es gelegtes elektrisches Feld fester Richtung steuerbar ist. Dieses Element wird im folgenden AC-DC EL Element bezeichnet werden (Alternating C[ur rent-Direct Current Electroluminescent Element).

Das AC-DC El Element kann auf verschiedene Arten aufgebaut sein. Eine erste Art weist beispielsweise ein dielektrisches

Trägermaterial auf, das einen spezifischen Widerstand von 10 bis

10
10 Ohm-cm hat. In dieses Trägermaterial ist ein elektroiumieszierendes Material eindispergiert.

Bei einer anderen Art eines AC-DC EL Elementes ist das elektrolumineszierende Material in einem dielektrischen Material enthalten, das in der Lage ist, innere elektrische Felder zu tragen, die sich ergeben, wenn von außen eine polarisierende Spannung einer festen Hichtung angelegt ist. Das Material hält dabei, wenn die Spannung nicht mehr einwirkt, eine Restkomponente des elektrischen Feldes aufrecht.

Für diese letzte Art kann als dielektrisches Material Tricresylphosphat oder Glyzerin verwendet werden.

Es ist aber auch möglich, das AC-DC )Ά Element der zweiten Art aus einer Mischung eines Pulvers von Glasemaille, das zumindest Li und gegebenenfalls auch Ti enthält, eines Pulvers eines halb-

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leitenden i-ietailoxyds, wie SnCU, und eines Pulvers eines elektr-η π.·; ine sz i or enden Fluoreszenzmaterials herzustellen, indem üian die zusammengemischten Pulver erhitzt und miteinander verp el im i J 2. t.

Das elektrolumineszierende Material kann ein Pulver eines fluoreszierendes haterials wie Zno sein.

Las AC-DC EL Element wird zwischen ein Paar von Elekiroden angebracht, νου denen zumindest die eine lichtdurchlässig ist.

.bei den AC-DC LL Elementen der ersten Art ist die Amplitude des wechselstromerregten Lumineszenzausgangs durch ein angelegtes elektrisches Feld einer festen iiichtung steuerbar. Die Steuerwirkung ist umkehrbar und nimmt in Abhängigkeit von Intensitätssteigerungen des elektrischen U-leichfeldes ab.

Beim Element der zweiten Art kann die Amplitude des Luminessenzausgangs umkehrbar und abnehmend gesteuert werden, indem man ein elektrisches Gleichfeld derart wirken läßt, daß cie Liunineszenzausgangsseite des AC-DC IiL Elementes negative Polarität erhält.

Lie oben erwähnte Steuerbarkeit wird für Umwandlung und verstärkung des einfallenden Eingangs-iinergi es ignals oder -bildes • -· <·. r angezogen.

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BAD ORIGINAU

Weiter kann bei einem AC-DC Ii)L Element der zweiten liauart die Amplitude des wechselstromerregten Lumineüzenzausgangs. auch dadurch gesteuert werden, daß mim mit einem elektrischen Gleichfeld das elektrische HestfeJd moduliert, das im AC-DC KL Element zurückbleibt, wenn an dieses zuvor ein elektrisches Gleichfeld so angelegt wurde, daß die Ausgangsseite des Elementes auf positive Polarität gebracht, ist, und die Wirkung dieses Feldes dann beendet wird. Diese Steuerung kann bei einer Zunahme der Intensität des angelegten Gleichfeldes und in Abhängigkeit von der Polarität dieses elektrischen Feldes entweder eine Zunahme oder eine Abnahme bewirken. Die Steuerbarkeit wird für die Speicherung oder die Lumineszenzwiedergabe des einfallenden Energiesignals oder -bildes benützt.

In bekannten Vorrichtungen wird die Gleichstromsteuerung des AC-DC EL Elementes durch ein energieempfindliches Element erreicht, das mit dem elektrolumineszierenden Element in Reihe geschaltet ist. Es muß also eine Anpassung der elektrischen Widerstände des AC-DC EL Elementes und des auf Energie ansprechenden Elementes sichergestellt sein, die nur über geeignete Wahl des spezifischen Widerstandes dieser Elemente erreicht werden kann.

Es ist jedoch sehr schwierig, auf diese Weise eine Widerstand sanpasHung zu erzielen, da Änderungen des spezifischen Wider-

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BAD ORIGINAL

Standes des AC-Dü EL Elements die Steuerbarkeit der Vorrichtung stark beeinflussen werden, die ihrerseits wieder eng mit dem spezifischen Widerstand des Elementes zusammenhängt..

Lie Steuerung des spezifischen Widerstandes des auf Energie ansprechenden Elementes ist leichter möglich, wenn es sich um ein phutoleitfähiges Element handelt, das im Bereich sichtbaren Lichtes arbeiten soll. Auch hier wird jedoch bereits eine kleine Abweichung vom erforderlichen Widerstandswert eine beträchtliche Verschlechterung der betriebskennlinien zur Folge haben, da die Vorrichtung für Änderungen der ihr innewohnenden Eigenschaften sehr empfindlich ist. Weiter ist die Steuerung der spezifischen Widerstände durch geeignete i-Iaterialwahi Ig allgemeinen nur sehr schwierig durchzuführen. Es ist da^:ior nahezu unmöglich, eine genaue Anpassung der Widerstandswerte zu erzielen.

jie anpassung kann sogar grundsätzlich unmöglich v/erden, wenn ein energieempfindliches Element mit niedrigem spezifischen widerstand verwendet werden muß, wie das beispielsweise bei photoleitfühigen Elementen für den Infrarot bereich der Fall ist.

Darüber hinaus wird ueim oben beschriebenen Aufbau der Vorrichtung das am AC-DC ÜL Element liegende elektrische Gleich-

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BAD ORIGINAL

feld in Abhängigkeit von Abnahmen des Widerstandes des energieerapfindlichen Elementes zunehmen. Es wird also beim oben beschriebenen Steuervorgang die Amplitude des Lumineszerizausgangs abnehmen, wenn die Intensität der Einfallsenergie zunimmt. So entsteht bei Aufnahme eines normalen Einfallsenergie-Signales oder -Bildes ein negatives Signal oder Bild. Darin liegt eine weitere Schwierigkeit bei der Verwendung der bekannten Vorrichtung.

Liese Nachteile werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden. Das geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß das energieempfinCiche Element in einem Gleichstromkreis mit einem Widerstand oder einem Widerstandselement gekoppelt wird, so daß das auf das AG-DC &L Element einwirkende elektrische Feld fester Richtung in Abhängigkeit von Änderungen des Widerstandes des energieempfindlichen Elementes gesteuert ist, und daß dem AC-DC EL Element im Wechselstromkreis ein Kondensator oder ein kapazitives Element zugeordnet wird, das mit dem auf Energie ansprechenden Element nicht identisch ist, wodurch die Lumineszenz des AC-DC EL Elementes durch das elektrische Wechselfeld erregt wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar

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-7-BAD ORiQ)NAt.

r'i_w. 1 und 2 die elektrische Schaumig von ;:wei Ausführungsfarmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

i''i_fl. 3 scheiiuitisch und teilweise in; Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

l<'ig. 1 zeigt die ParalIeJ schaltung einen Widerstandes Jt mit einer kondensator C , mit der eine weitere Parallel-

ί-J S

schaltung eines elektrolumineszierenden Elementes 1 und eines energieeopfindlichen Elementes 2 in keihe geschaltet ist. Das elektroiumineszierende EJ einen t 1 luminesziert bei Anregung uurcli ein elektrisches Wechsel feld, und die Wellenform seines Lumineszenzausgangs ist durch ein elektrisches Gleichfeld gesteuert, das auf es einwirkt, beim energieempfindlichen Element 'c ändert sich beispielsweise sein elektrischer Widerstand ü

in Abhängigkeit von einer Einfallsenergie I₁. Die beiden hintereinander geschalteten Parallelschaltungen sind mit zwei Spannung quellen 5 und 6 in iieihe geschaltet. Eine Wechselspannung V

ist an das elektroiumineszierende Element 1 gelegt und erregt dieses über ein elektrisches Wechselfeld. Me Vorrichtung ist so ausgelegt, daii die Gleichspannung Vuι die an, elektroluminessierenden Element 1 liegt, bei Abnahme des elektrischen ;.i^flerr:tandes h nos energieompfindlicben iilenuiiites 2 et:enfalls

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BAD ORtQlNAt^ '-"■■*>

Der Kondensator 0 und der Widerstand Ii können von-

s s

einander getrennte Elemente sein oder in ein einziges V/iderstands-Kondensatorelement zusammengezogen werden.

Das elektrolumineszierende Element 1 hat den weiter
oben beschriebenen Aufbau. Das energieempfindliche Element 2
ist ein im Infrarotbereich photoleitfähiges Element aus GdSe oder i CaTe-HgTe. Es weist gegebenenfalls Elektroden 2¹ und 2" auf,
von denen die Elektrode 2* für Infrarotlichtstrahlen L^ durch- /

lässig ist, die hier die Einfallsenergie darstellen. ',

Die Wechselspannungsquelle b und die GIeichspannungs- i

quelle 6 können gegebenenfalls in eine einzige zusammengesetzte (

Spannungsquelle zusammengezogen werden. Die Gleichsparmungs- - )

quelle 6 kann zwischen den Anschlußklemmen c und d oder auch I

zwischen den Anschlußklemmen a und b angeschlossen werden, wenn . /

der Kondensator C und der Widerstand H voneinander unabhängige/ ' (

s s ι

mit Elektroden versehene Elemente sind.

Die Wechselspannungserregung des elektrolumineszierenden

Elementes 1 wird durch über den Kondensator C von der Wechsel- |

s ■ · j

Spannungsquelle 5 her erfolgende Zufuhr von Wechselstrom er- | zielt. Das elektrolumineszierende Element 1 kann von der Wechsel- . t

spannung V mit sehr geringem Spannungsverlust erregt werden, f

a >

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wenn die Wechselstromimpedariz des kapazitiven Eleinentes C j

entsprechend kleiner gewälilt wird als der des ParalieJkreises (

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BAD

aus den Elementen 1 und 2.

Die Spannung V kann unabhängig von Änderungen im Wider-

a .

standswert des Widerstandes H. des energieempfindlichen Elementes aufgrund der Einfallsenergie L/ konstant gehalten werden.

Andererseits ist die am elektrolumineszierenden Element liegende Gleichspannung V durch die Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes ii. aufgrund der Einfallsenergie L₁ steuerbar. Das Verhältnis der Gleichspannung V-, zur Spannung der Gleichspannungsquelle ist durch das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände ή und H bestimmt«,

P s

Im allgemeinen ist der Bereich des spezifischen Widerstandes des elektrolumineszierenden Elementes 1, dessen lumineszenzausgangswellenform wirkungsvoll gesteuert werden kann, mit 10° bis'10 Ohm-cm gegeben. Das ist ein erheblich größerer Wert als der des spezifischen Dunkelwiderstandes des photoleitfähigen Elementes für den Infrarotbereich od„ dgl. Es ist deshalo sehr schwierig, die Widerstände der Elemente 1 und 2 einander anzupassen.

entsprechend der Anordnung dieser Ausführungsform wird jedoch eine optimale Anpassung der Widerstände ohne irgendeine .Beschränkung des Widerstandes des AG-DC EL Elementes erreicht,

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BADORIGINAL

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Das geschieht durch Zählen des Widerstandswertes des Widerstandes d in der gleichen Größenordnung oder größer als der Dunkelwiderstand des energieempfindlichen Elementes 2.

Die auf das elektrolumineszierende Element 1 einwirkende Gleichspannung V, kann in Abhängigkeit von einer Zunahme des infraroten Strahlungseingangs L₁ mit hoher Empfindlichkeit abnehmend gesteuert werden. Entsprechend steigt der durch die Wechselstromerregung erzielte Lumineszenzausgang L,- des eiektrolumineszierenden Elementes 1 an und spricht dabei mit hoher Empfindlichkeit auf Zunahmen der ülinfallsenergie L₁ an. i'ian erhält so ein sichtbares Lumineszenzausgangssignal \ir. durch Umsetzen des Infrerot-Eingangssignals L- in ein positives bild»

Der sich bei Wechsels trum ergebende Lumineszenzausgang L„ des elektrolunineszierenden Elementes 1 umfaßt für jede Periode des erregenden Wechselfeldes zwei Lumineszenz impulse. Es ist darauf hinzuweisen, daß das steuernde Gleichfeld während der beiden Halbperioden einer Periode verschieden wirkt uiid daß deshalb die beiden Lumineszenzimpulse durch die Steuerungverschieden stark beeinflußt werden. Die sich unter der Steuerwirkung stärker ändernden Lumineszenz impulse können aus dem aus beiden Impulsen zusammengesetzten Lichtausgang beispielsweise durch einen mechanischen Lichtzerhacker abgetrennt werden, Der Lichtzerhacker 7 wird betrieben, indem man ihn in Frequenz

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und Phase mit der von der Wechselspannungsquelle 5 gelieferten

BAD OBlGINAl, "¹¹~

g synchronisiert. Er kann beispielsweise aus GiK';.'- ..;:i"i>'hronin(jtor 7^f und einer von dieser, -etriebenen Zeri"_;K-jke^v:"^!chcibe 7" bestehen.

oelbstverstiiiKilieij kann eine derartige auswahl und h.~ treiinifi!;/ eines Teils der Lumineszenzii.ipuifie :jci allen Ausführ..i!,;:i:jraen der Erfindung 'mgewondet werden.

Speicherung und bildwiedergabe erfolgt durch Steuerung de,? iieGtfeldes des elektrolumineszierenden Klementes 1 mit Hilfe der von der GieichspannungsquelJe 6 erhaltenen Gleichifaiiiiung, deren Polarität in Übereinstimmung v.üi den weiter oben erläuterten Betriebsprinzipien dee AC-LC EL Elementes gewählt iüt.

Wird beispielsweise an das elektrolumineszierend^ Element 1 ein Gleichfeld so angelegt, daß die Lumineszenz-AuBgangsseite des Elementes positive Polarität aufweist, so bleibt im elektroluminessierenden Element ein polarisierendes elektrisches Feld bestehen, selost wenn das angelegte Gleichfeld zu wirken aufgehört hat. In diesem Fall wird bei Anlage der Wechselspannung der .L.^;ir,iineszenzausgang nicht die ursprüngliche Intensität haLen. i-.an erhält also eine Art Spei eher funk ti on. Wird in diesem Zustand ar, dar Element eine Gleichspannung entgegengesetzter Polarität ge ic.:; : , so wird das im Element herrschende polarisierende Feld g(;l -jVAi'X.

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Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 der Widerstand R und das energieempfindliche Element 2 Platz getauscht

haben.

Bei dieser Ausführungsform steigt die am elektrolumineszierenden Element 1 legende Gleichspannung V, an, wenn der Widerstand K aufgrund einer Einfallsenergie, beispielsweise von infraroten Lichtstrahlen L₁, sinkt.

Durch die umgekehrte Steuerwirkung auf den Lumineszenzausgang ergibt sich also in diesem Fall ein Absinken des Ausgangs L_?. Man erhält also bei Auffallen einer normalen Einfalls- \ energie L. einen negativen Lumineszenzausgang L_?. ,)

Fig. 2 zeigt, daß die Kapazität G und der Widerstand H

s s

hierdurch voneinander unabhängige Elemente, nämlich einen Kondensator 6 und einen Widerstand % gebildet sind.

Man erreicht einen hochempfini. ich en Betrieb aufgrund optimaler Anpassung der Widerstandswerte, wenn der Widerstands- \ wert R von gleicher Größenordnung ist wie der Dunkelwiderstand . ■[

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des energieempfindlichen Elements 2 oder kleiner ist, wobei der J

Widerstand des elektrolumineszierenden Elementes 1 nicht in Be- ,

tracht gezogen werden muß. )

Fig. 3 zeigt den Aufbau einer energieempfindlichen Letrcht- )

biidvorricTitung nach einer' weiteren: Ausführungsform der Erfin- '.->;-

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dung mit der zugehörigen Spannungsversorgung.

Lie Einfallsenergie L. ist hier ein Lichtbild. Sie kann aber auch aus Höntgenstrüen od. dgl. bestehen. iJas Einfallsbild wird umgeformt und verstärkt oder gespeichert und als sichtbares Lichtbild wiedergegeben.

Eine lichtdurchlässige Tragplatte 1ü besteht beispielsweise aus Glas. Auf ihrer Oberfläche wird eine beispielsweise aus Zinnoxyd bestehende, ebenfalls lichtdurchlässige Elektrode 11 angebracht. Das eiektrolumineszierende Element 1 besteht aus einer 50 bis 100 Mikron dicken Schicht eines Materials der weiter oben beschriebenen Zusammensetzung« Eine einen elektrischen Widerstand, aufweisende Lichtabschirmschicht 12 ist etwa 10 Mikron dick. Das energieempfindliche Element 13 ist ebenfalls schachtförmig aungebildet. Als photoleitfähige Schicht

GdSe,
lcann es aus CdS,CdTe-HgTe od. dgl. bestehen. Die Schicht kann durch Aufdampfen, Sintern oder Leimen aufgebracht werden. Die Dicke dieser Schicht wird je nach ihrer Zusammensetzung so gewählt, ami die seitliche i'ho Gleitfähigkeit genügend groß wird. In der gezeigten Ausführun^sform hat die durch Sintern und Aulleimen hergestellte Schicht eine Dicke von 30 bis 100 Mikron. In das scihiohtförmige energieempfindliche Element 13 ist eine gitterförmige Elektrode 14 eingebracht, die aus Wolframdraht od. dgl. mit einem Durchmesser von 10 Mikron besteht, wo-

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ι -14-

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bei die einzelnen Drähte einen Abstand von etwa 500 Mikron voneinander haben.

Eine streifenartige Kapazitätsschicht Yj aus einem Polyesterfilm oder einer Glasemailleschicht hat beispielsweise eine Stärke von 10 bis 20 Mikron und ist parallel zu diesem auf das energieempfindliche Element 13 aufgelegt.

Eine schmalstreifige Widerstandsschicht 16 bildet ebenfalls ein Parallelgitter, dessen einzelne Streifen jeweils etwa in der Mitte zwischen zwei benachbarten Gitterdrähten der Elektrode 14 angeordnet sind. Die Widerstandsschicht 16 hat nahezu die gleiche Dicke, wie die Kapazitätsschicht 1b und besteht beispielsweise aus einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Metalloxyd, das mit einem Plastikbindematerial oder einem Glasemaille gemischt ist, das ebenfalls einen elektrischen Widerstand aufweist.

Es schließen sich streifenförmige Elektroden 17 und 1b an, die jeweils auf der Kapazitätsschicht 15 bzw. der Widerstandsschicht 16 angeordnet sind und einen elektrisch leitfähigen Film darstellen, der beispielsweise aus aufgedampftem Metall oder Zinnoxyd besteht oder ein elektrisch leitfähiger, beispielsweise Silber enthaltender Anstrich ist.

Von diesen Schichten und Elektroden müssen mindestens die Kapazitätsschicht 15 und die Elektrode 17 für die Einfalls-

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energie, also für das Licht- oder iiöntgenstrahlen-Hld L^₁ durchlässig sein. Die Elektroden 14, 17 und 1u, die entsprechend zu Gruppen zusammengefaßt sind, sind ebenso wie die Elektrode 11 über einen Schalter S mit der Wechselspannungsquelle 5 und der üleichnpaunungsquelle 6 verbunden, die miteinander in freihe geschaltet sind.

Die Kinfallsenergie JL· erregt nach Durchtritt durch die Elektroden 17 und 1ö| die Kapazitätsschichten 1b und die Widerstandsschichten 16 das energieempfindliche Element 15, das hier eine photoleitfähige Schicht ist. Der in den Fig. 1 und 2 geseigte Widerstand Ii entspricht dem Querwiderstand des energieempfindlichen Elements 13 zwischen der Widerstandsschicht 16 und der nächsten Elektrode 14. Ebenso ist die Kapazität C die Kapa-

zität der Kapazitätsschicht Vj zwischen der Elektrode 17 und dem energieempfindlichen Element 13. Der Widerstand R ent-

spricht dem Widerstand der Widerstandsschicht 16 zwischen den Elektroden 1ö und dem energieempfindlichen Element 15.

Der Aufbau, bei dem die Kapazität C und der Widerstand

χί von Fig. 1 in ein einziges kapazitives Widerstandselement s

zusammengezogen sind, entspricht einem Aufbau, bei dem die Kapazitätsschicht 15 und die Widerstandsschicht 16 durch eine einzige Schicht ersetzt sind, die aus einem einen elektrischen Widerstand aufweisenden Glasemaille besteht und auf der eine für

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die Einfallsenergie L₁ durchlässige Elektrode angeordnet ist.

Die Äquivalentschaltung der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist durch Fig. 1 gegeben, wenn der Schalter S zur Seite A gedreht ist, und durch die Schaltung von Fig. 2, wenn der Schalter S zur Seite B gedreht ist. Es können so beide Betriebsarten bei einer einzigen Vorrichtung möglich gemacht werden. Vorzugsweise werden bei einer solchen Anordnung die Widerstandswerte R der V/iderstandsschicht 16 und der Dunkel-

wert des Querwiderstandes K der energieempfindlichen Schicht 13 so gewählt, daß sie bei beiden Betriebsarten etwa gleich sind,

Auf diese Weise kann das einfallende Energiebild, beispielsweise ein Lichtbild oder ein liöntgenstrahlenbild, umgesetzt und verstärkt sowie gespeichert und dargestellt werden, und zwar sowohl als positives wie auch als negatives sichtbares Bild.

Das energieempfindliche Element kann je nach den Umständen und den besonderen Erfordernissen auch aus anderen als den beschriebenen Materialien bestehen.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß erfindungsgemäß ein energieempfindliches Element geringer Impedanz und ein elektrolumineszierendes Element hoher Impedanz eine Impe-

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"- 'i■■' \ '■·■■> >'

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danzanpassiing erfahren können, wodurch man eine hochempfindliche, auf Energie ansprechende Leuchtbildvorrichtung erhält.

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Claims (1)

1. Patentanspruch :

   Energieempfindliche Leuchtbildvorrichtung, gekennzeichnet durch ein unter Anregung eines elektrischen Wechselfeldes elektrolumineszierendes Element (1), dessen Ausgang (Lp) durch ein elektrisches Feld einer festen Richtung steuerbar und an das eine Wechselspannung (V ) über ein kapazitives

   Element (8) gelegt ist, durch ein energieempfindliches Element (2), dessen Eigenschaften, beispielsweise sein elektrischer Widerstand (R ), in Abhängigkeit von einer Einfallsenergie (LJ veränderlich und an das über ein Widerstandselement (R ) eine

   Gleichspannung (V, ) gelegt ist, und durch eine Steuerung des am elektrolumineszierenden Element (1) liegenden elektrischen Feldes einer festen Richtung durch Änderungen in der Gleichspannungsverteilung an der Reihenschaltung aus dem Widerstandselement (9) und dem energieempfindlichen Element (2) aufgrund von Änderungen der von diesem aufgenommenen Einfallsenergie (L.).

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