DE2320932C2 - Flüssigkristall-Bildwandler - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

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— daß der fotoleitenden Schicht (3) ein Fluoreszenzschirm (1) derart zugeordnet ist, daß sie das vom Fluoreszenzschirm (1) ausgehende Licht empfängt, wenn auf diesen eine ionisierende Strahlung projiziert wird.

2. Flüssigkristall-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht aus einem Gemisch aus nematischen und cholesterischen Flüssigkristallen gebildet ist.

3. Flüssigkristall-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden (2) zwischen dem Fluoreszenzschirm (1) und der fotoleitenden Schicht (3) angeordnet ist, während die andere Elektrode (5) mit der Flüssigkristallschicht (7) direkt in Berührung ist.

4. Flüssigkristall-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitende Schicht (3) von einer optischen Faserplatte getragen wird, deren Fasern jeweils einander entsprechende Elemente des Fluoreszenzschirmes (1) und der fotoleitenden Schicht (3) verbinden, und daß die eine Elektrode (2) zwischen der Faserplatte und der fotoleitenden Schicht (3) angeordnet ist.

5. Flüssigkristall-Bildwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitende Schicht (3) auf einem Träger aus Beryllium aufgebracht ist.

6. Flüssigkristall-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitende Schicht (3) an die Flüssigkristallschicht (7) über eine elektrisch leitfähige Platte, die einen lichtundurchlässigen Schirm bildet, elektrisch angekoppelt ist.

7. Flüssigkristall-Bildwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Flüssigkristallschicht (7) zugewandte Seite der Platte von einem Mosaik aus kleinen, voneinander getrennten Spiegeln bedeckt ist.

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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkristall-Bildwandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Bildwandler ist Gegenstand des Patents 21 54 150.

Aus der DE-OS 20 28 235 ist ein Flüssigkristall-Bildwandler bekannt bei dem eine Flüssigkristallschicht zwischen zwei lichtdurchlässigen Elektroden angeordnet ist, wobei zwischen einer der Elektroden und der Flüssigkristallschicht eine fotoleitende Schicht angeordnet ist An die beiden Elektroden ist eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Wenn Licht auf die fotoleitende Schicht projiziert wird, ändert diese ihre elektrische Leitfähigkeit so daß die an der Flüssigkristallschicht abfallende Spannung entsprechend moduliert wird. Dadurch ändern sich die optischen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht so daß ein Bild erzeugt wird, dessen Intensität und/oder Größe diejenige des die fotoleitende Schicht erregenden Bildes bei weitem überschreitet

Bei einer Röntgenuntersuchung wird ein Bruchteil der Röntgenstrahlungsdosis von dem Beobachter empfangen, was auf die Dauer eine Gefährdung darstellt Diese Gefährdung kann mit Hilfe der Röntgenfotografie vermieden werden, die es dem Beobachter ermöglicht sich während der Bestrahlung des Untersuchungsobjektes aus der belastenden Zone zu entfernen, doch weist diese Lösung den Nachteil auf, daß für jede Aufnahme eine Entwicklung des Röntgenbildes erforderlich ist Man kann auch Durchleuchtungsuntersuchungen mit einer reduzierten Bestrahlungsdosis durchführen, doch muß dann die Beobachtung des Bildes in einem Raum erfolgen, in dem das Umgebungslicht stark gedämpft ist, und das unter diesen Bedingungen wahrgenommene Bild ist auf jeden Fall kontrastarm.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung des bekannten Flüssigkristall-Bildwandlers derart, daß er zur Sichtbarmachung von Röntgenbildern verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße, aus einem Flüssigkristall, einem Fotoleiter und einem Fluoreszenzschirm gebildete Bildwandler ermöglicht die Röntgenuntersuchung mit einer sehr kleinen Dosis in einem normal beleuchteten Raum und mit hervorragendem Kontrast. Wenn der Flüssigkristall ein speichernder Flüssigkristall ist, können die Phasen der Bestrahlung und der Beobachtung voneinander getrennt werden, so daß der Beobachter sich den schädlichen Auswirkungen der Strahlung entziehen kann, ohne jedoch die Vorteile der direkten Röntgenuntersuchung zu verlieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Bildwandlers nach der Erfindung und der Einrichtungen zur Erzeugung des sichtbar zu machenden Bildes,

F i g. 2 eine Schnittansicht des Bildwandlers nach F i g. 1 zur Darstellung des Ablesens des Bildes,

Fig.3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Bildwandlers von Fig. 1,

F i g. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Bildwandlers von F i g. 1 und

Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Bildwandlers von Fig. 1, welcher die Durchführung einer kontinuierlichen Röntgenuntersuchung ermöglicht.

F i g. 1 zeigt ein System zur Sichtbarmachung eines Bildes, das durch Röntgenstrahlung aus einer Strahlungsquelle 8 projiziert wird. Das Bild entspricht beispielsweise dem Schatten, der von einem Objekt 11 erzeugt wird, das das von der Strahlungsquelle 8 emittierte Strahlenbündel abfängt Die durchlässige Zone 11 des Objekts 10 projiziert auf einem Fluoreszenzschirm 1 einen Fleck 12, der ein leuchtender Fleck auf einem dunklen Hintergrund wäre, wenn die Strahlung sichtbar wäre. Der Fluoreszenzschirm 1 bildet die Empfangs.läche des Sichtbarmachungssystems; er ist aus einem fluoreszierenden Material hergestellt, das auf eine lichtdurchlässige leitende Elektrode 2 aufgebracht ist weiche die Oberseite einer Fotoleiterschicht 3 bedeckt Die Fotoleiterschicht 3 liegt mit ihren Enden auf isolierenden Abstandshaltern 4 auf, die ihrerseits auf einer lichtdurchlässigen Gegenelektrode 5 aufliegen, die eine lichtdurchlässige Platte 6 bedeckt In den zwischen der Fotoleiterschicht 3 und der Gegenelektrode 5 gebildeten Zwischenraum ist eine Flüssigkristallschicht 7 eingebracht, die entweder ein Flüssigkristall in nematischer Phase oder eine Mischung von Flüssigkristallen in nematischer und cholesterischer Phase sein kann. An die Elektroden 2 und 5 ist eine elektrische Polarisationsanordnung 9 so angeschlossen, daß an die aus Fotoleiterschicht 3 und Flüssigkristallschicht 7 gebildete Anordnung eine elektrische Spannung angelegt wird. Diese Spannung zerfällt in zwei Teile, von denen der eine Teil zwischen den Flächen der Fotoleiterschicht 3 und der andere Teil zwischen den Flächen der Flüssigkristallschicht 7 erscheint. Wenn die. Fotoleiterschicht 3 nicht angestrahlt wird, übernimmt sie nahezu die gesamte angelegte Spannung; die Flüssigkristallschicht 7 nimmt nur einen kleinen Bruchteil der angelegten Spannung auf, und dieser Bruchteil liegt unterhalb der Spannungsschwelle, von der an der Flüssigkristall nicht mehr durchsichtig ist, sondern streuend wird. Die gesamte zwischen den Elektroden 2 und 5 angelegte Spannung muß den Schwellenwert der Streuung in der Flüssigkristallschicht 7 überschreiten.

Bei Betrachtung des auf den Fluoreszenzschirm 1 projizierten Flecks 12 ist zu erkennen, daß der darunterliegende Bereich 13 der Fotoleiterschicht von der vom Fluoreszenzschirm emittierten Strahlung beleuchtet wird. Da diese Strahlung Ladungsträger erzeugen kann, macht sie die Zone 13 der Fotoleiterschicht leitend. Der Spannungsabfall zwischen den Flächen der Zone Ϊ3 verringert sich also, während der Spannungsabfall zwischen den Flächen der Zone 14 der Flüssigkristallschicht 7 zunimmt. Dies hat zur Folge, daß die Zone 14 streuend wird, während ihre Umgebung durchsichtig bleibt. Wenn die Rückseite 6 des Bildwandlers von F i g. 1 beleuchtet wird, wird das zum Lesen dienende Licht nur in der Zone 14 der Flüssigkristallschicht 7 gestreut. Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht die Anordnung von F i g. 1 mit einer Leselichtquelle S, welche die ganze Flüssigkristallschicht 7 beleuchtet. In den durchsichtigen Bereichen des Flüssigkristalls wird das einfallende Licht absorbiert, durchgelassen, oder in &o der Richtung des Lichstrahls 15 reflektiert, welcher einen in der Nähe der Lichtquelle S befindlichen Beobachter O nicht erreicht; dieser Beobachter sieht also in diesen durchsichtigen Bereichen einen dunklen Hintergrund. Dagegen streut die streuende Zone 14 des Flüssigkristalls die Strahlen 16 zurück, von denen ein Teil vom Beobachter empfangen wird; diese Zone erscheint daher hell und gibt somit das auf den Fluoreszenzschirm 1 projizierte Bild in sichtbarer Weise wieder.

Wenn das auf den Fluoreszenzschirm 1 projizierte Bild eine Intensitätsgradation aufweist wird diese mit einem verstärkten Kontrast in dem vom Flüssigkristall gelieferten sichtbaren Bild wiedergegeben; dies bildet einen beträchtlichen Vorteil für die leichtere Beobachtung der Bildeinzelheiten. Dieser Vorteil ergibt sich aus dem Vorhandensein einer Schwelle in der Kennlinie der dynamischen Streuung der Flüssigkristalle. Da außerdem das beobachtete Bild in direktem Zusammenhang mit der auf den Flüssigkristall einfallenden Lichtintensität steht wird seine Beobachtung durch das Bestehen eines starken Umgebungslichtes nicht beeinträchtigt

Der in Fig.! und 2 dargestellte Bildwandler ermöglicht direkte Röntgenuntersuchungen, wie sie mit einem gewöhnlichen Fluoreszenzschirm erfolgen. Durch Verwendung eines nematischen Flüssigkristalls kann man die Änderungen des projizierten Bildes verfolgen, denn die Erscheinung der dynamischen Streuung ist reversibel. In diesem FaJ) wird die elektrische Polarisationsspannung während der ganzen Dauer der Untersuchung oder wenigstens während der Bestrahlung des Untersuchungsobjektes angelegt

Durch Ausbildung der Flüssigkristallschicht in Form einer Mischung aus einem nematischen Flüssigkristall und aus einem cholesterischen Flüssigkristall ist es möglich, das einem Streuungszustand entsprechende feste Bild für eine merkliche Zeit beizubehalten. In diesem Fall kann man nach Unterbrechung der Bestrahlung und Abschaltung der Polarisationsspannung ein stabiles Bild beobachten, ohne daß es notwendig ist, ein chemisches Entwicklungs- oder Fixierungsverfahren anzuwenden. Diese Möglichkeit der Speicherung des Bildes macht es dem Beobachter möglich, eine Röntgenuntersuchung ohne die geringste Gefahr durchzuführen. Der speichernde Bildwandler kann durch Anlegen einer Löschwechselspannung an seine Elektroden gelöscht werden.

Bevor die Beschreibung der Fig. 1 und 2 beendet wird, ist zu erwähnen, daß eine ausreichende Empfindlichkeit des Bildwandlers nur durch den Fluoreszenzschirm 1 in Kombination mit der Fotoleiterschicht 3 erreicht werden kann. Ohne den Fluoreszenzschirm 1 würde die Röntgenstrahlung zwar eine Zunahme der Leitfähigkeit der Fotoleiterschicht 3 verursachen, doch wäre diese Zunahme sehr viel geringer als mit dem Fluoreszenzschirm 1.

Zur Erzielung der optimalen Empfindlichkeit ist es erforderlich, ein Fotoleitermaterial zu wählen, das eine erhöhte Empfindlichkeit in dem Wellenlängenbereich der vom Fluoreszenzschirm 1 emittierten Strahlung aufweist. Wenn der verwendete Fotoleiter für das Umgebungslicht empfindlich ist, muß der Bildwandler in eine lichtundurchlässige Umhüllung verpackt werden, die jedoch für Röntgenstrahlung durchlässig ist. Wenn die Flüssigkristallschicht eine Speicherwirkung aufweist, wird diese Umhüllung für das Ablesen entfernt

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Struktur ist verhältnismäßig zerbrechlich, denn die Flüssigkristallschicht 7 ist zwischen der Platte 6 und der ein dünnes Plättchen bildenden Fotoleiterschicht 3 eingeschlossen. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Bildv,;;ndlers unter gleichzeitiger beträchtlicher Verringerung der Dicke der Fotoleiterschicht 3 kann diese auf eine Platte aus in der Querrichtung verlaufenden optischen Fasern aufgebracht werden. F i g. 3 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Bildwandlers,

bei welcher in der gleichen Reihenfolge der Aufeinanderschichiung wie in F i g. t und 2 das Substrat 6, die Elektrode 5. die Flüssigkristallschicht 7. die Fotoleiterschicht 3 und die Elektrode 2 zu erkennen sind. Die Polarisationsspannungsquelle 18 is! wieder an die Elektroden 2 und 5 angeschlossen, doch ist der das projizierte Bild ,V empfangende Fluoreszenzschirm 1 von der Elektrode 2 durch eine Trägerplatte 17 getrennt, die aus optischen Fasern besteht, die in ein Bindemittel eingebettet sind und die beiden Flächen punktweise optisch miteinander verbinden. Die von dem Fluoreszenzschirm I emittierte Erregungsstrahlung wird also zu der Fotoleiterschicht 3 über die Platte 17 so übertragen, als ob der Fluoreszenzschirm 1 direkt auf die Elektrode 2 aufgebracht wäre.

Der Bildwandler von Fig. 3 kann für seine Anwendung bei Röntgenstrahlenuntersuchungen beispielsweise in der folgenden Weise hergestellt werden: Der Fluoreszenzschirm 1 besteht aus einer mit Silber aktivierten Kadmium-Zinksulfidschicht, die auf die Oberseite der Faserplatte 17 aufgebracht wird. Auf die Unterseite der gleichen Platte 17 werden nacheinander eine die Elektrode 2 bildende Indiumoxidschicht und eine Fotoleiterschicht 3 aus Kadmiumsulfid aufgebracht. Die freie Fläche der Kadmiumsulfidschicht 3 wird gegenüber der freien Fläche einer Indiumoxidschicht 5 angeordnet, die auf eine Glasplatte 6 aufgebracht ist. Der Abstand zwischen diesen freien Flächen wird gleich 20 μη gewählt, und es wird in diesem Zwischenraum eine Mischung von Flüssigkristallen eingebracht, die beispielsweise 85% Methoxy-Benzyliden-Butyl-Anilin (nematisch) und 15% Cholesteryl-Erukat (cholesterisch) enthält. Diese Flüssigkristallschicht hat eine Speicherwirkung; ihre Löschung kann dadurch erfolgen, daß an die Elektroden eine Wechselspannung angelegt wird, deren Effektivwert in der Größenordnung von 80 Volt liegt. Die Dicken der Platten 6 und 17 sind in Abhängigkeit von ihrer Ausdehnung so gewählt, daß eine ausreichende mechanische Festigkeit der ganzen Anordnung gewährleistet ist.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform wird das sichtbar zu machende Bild X direkt auf den Fluoreszenzschirm 1 projiziert, damit eine Lichtemission entsteht, die verlustlos durch die Faserplatte 17 übertragen wird.

Fig.4 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Bildwandlers, bei welcher der Fluoreszenzschirm 1 durch Fortlassen der Faserplatte sehr nahe an die Fotoleiterschicht 3 angenähert ist Zu diesem Zweck ist der Träger für die Schichten 1,2 und 3 durch ein Glasfenster 19 gebildet, welches das projizierte Bild X empfangt und ohne ffierkliche Abschwächung zu dem Schirm 1 überträgt. In Fi g. 4 ist zu erkennen, daß die Unterseite der Platte 19 den Fluoreszenzschirm 1 trägt, auf welche die Elektrode 2 und die Fotoleiterschicht 3 aufgebracht sind Im Fall einer Röntgenstrahlung kann die Abschwächung des projizierten Bildes dadurch noch weiter verringert werden, daß die Platte 19 aus Beryllium hergestellt wird, denn dieses Material ist für Röntgenstrahlen besser durchlässig als Glas.

F i g. 5 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Bildwandlers, die besonders für den Fall einer kontinuierlichen Röntgenuntersuchung

geeignet ist. In diesem Fall muß die Flüssigkristallschicht auf die Änderungen des projizierten Bildes augenblicklich ansprechen, und das für die Untersuchung verwendete Licht darf nicht dazu beitragen, die Fotoleiterschicht leitfähig zu machen.

Um dieses Ergebnis zu erreichen, ist die Flüssigkristallschicht 7 aus einem nematischen Flüssigkristall gebildet, der keine Speicherwirkung aufweist. Sie ist an der Unterseite durch eine Elektrode 5 begrenzt, die auf eine durchsichtige Platte 6 aufgebracht ist, und an der Oberseite durch eine Anordnung von aufeinandergeschichteten Bestandteilen, von oben nach unten bestehend aus: einer für Röntgenstrahlen durchlässigen Trägerplatte 19, einem Fluoreszenzschirm 1, einer lichtdurchlässigen Elektrode 2, einer Fotoleiterschicht 3, einer Zwischenpiaue 20, die so beschaffen ist, daß sie eine elektrische Potentialverteilung zwischen ihrer Oberseite und ihrer Unterseite übertragen kann, und einem auf die Unterseite dieser Platte aufgebrachten Mosaik 21 aus kleinen Spiegeln. Die Zwischenplatte 20 ist eine Platte mit transversaler elektrischer Leitfähigkeit, die durch zusammengefügte Leiterfäden gebildet ist, die senkrecht zu ihren Flächen gerichtet und in ein sie voneinander isolierendes Bindemittel eingebettet sind. Die Spiegel 21 sind ebenfalls voneinander isoliert und stehen einzeln in Kontakt mit den unteren Enden der Leiterfäden. Die oberen Enden der Leiterfäden stehen in Kontakt mit der Fotoleiterschicht 3. Die aus der Zwischenplatte 20 und dem Spiegelmosaik 21 gebildete Anordnung verhindert, daß das von einer Lichtquelle 22 emittierte Leselicht die Fotoleiterschicht 3 leitfähig macht; dagegen verhindert diese optische Isolierung in keiner Weise die Übertragung der örtlichen elektrischen Potentiale zwischen der Fotoleiterschicht 3 und der Flüssigkristallschicht 7.

Der Bildwandler nach F i g. 5 kann einer Bildaufnahmekamera 23 zugeordnet sein, die das Licht von der Lichtquelle 22 nach Streuung an der Flüssigkristallschicht 7 empfängt. Die Bereiche der Flüssigkristallschicht 7, die nichtstreuend geblieben sind, ermöglichen die spiegelnde Reflexion des Lichtes an den Spiegeln 21; da dieses reflektierte Licht nicht auf das Objektiv der Kamera fällt, erscheinen die durchsichtigen Bereiche auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors 24 dunkel. Da die von der Polarisationsspannungsquelle 18 gelieferte elektrische Spannung in einem veränderlichen Verhältnis für jedes durch die Serienanordnung einer Fotoleiterzone und einer Flüssigkristallzone gebildete Elementarpaar aufgeteilt wird, beobachtet man an der Unterseite des Systems ein Streuungsbild, welches die getreue Wiedergabe des im gleichen Zeitpunkt projizierien Bildes -λ isi.

Die Erfindung ist natürlich in keiner Weise auf die Sichtbarmachung der durch Röntgenstrahlen projizierten Bilder beschränkt; sie eignet sich insbesondere auch für die Bilder, die durch Gammastrahlen oder durch Teilchenbündel projiziert werden, vorausgesetzt, daß der Fluoreszenzschirm entsprechend der Beschaffenheit des angewendeten Ionisierungsmittels gewählt wird. Die Erfindung eignet sich offensichtlich für die medizinischen Röntgenaufnahmen und Röntgenuntersuchungen, doch findet sie auch andere industrielle Anwendungen, insbesondere für die zerstörungsfreie Materialprüfung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Bildwandler zur Umwandlung einer auf eine seiner beiden Hauptflächen projizierten Strahlung in ein sichtbares Bild

— mit zwei lichtdurchlässigen Elektroden (2,5),

— bei dem die Elektroden durch isolierende Abstandshalter (4) voneinander beabstandet sind,

— die Elektroden (2, 5) an eine elektrische Spannungsquelle (18) angeschlossen sind,

— bei dem zwischen den Elektroden (2, 5) eine fotoleitende Schicht (3)

— und eine Flüssigkristallschicht (7) angeordnet sind,

— die Flüssigkristallschicht (7) Flüssigkristalle in nematischer Phase enthält und das sichtbare Bild durch Streuung im Innern der Flüssigkristallschicht erzeugbar ist

— und die eine Elektrode (2) die fotoleitende Schicht (3) trägt,