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Verfahren zur Steuerung von Photowiderständen Für viele technische
und wissenschaftliche Zwecke braucht man Photowiderstandszellen, kurz Photowiderstände
genannt, die eine bestimmte spektrale Empfindlichkeitsverteilung im sichtbaren und
auch im unsichtbaren Spektralbereich, z. B. der Ultraviolett- und Ultrarotstrahlung,
aufweisen.
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Die Lösung dieser Aufgabe kann auf recht, verschiedenen Wegen erfolgen.
Im allgemeinen wird zu einer gegebenen Strahlenquelle aus den bekannten Photowerkstoffen.
einfach ein solcher ausgewählt, dessen spektrale Empfindlichkeitsverteilung sich
möglichst mit der Energieverteilung der Strahlenquelle, wenigstens im Scheitelbereich,
deckt. Nun stehen in der Tat Photowerkstoffe der verschiedensten spektralen Empfindlichkeitsverteilung
zur Verfügung, z. B. Zinksulfid, Kadmiumsulfid, deren Mischkristalle und viele andere
Phosphore und Mineralien. Außerdem kann man verschiedene Photowerkstoffe miteinander
mischen. Auf diesem Wege lassen sich z. B. Photowiderstandszellen mit konstanter
spektraler lichtelektrischer iEmpfindlichkeitsverteilung für einen recht weiten
Spektralbereich herstellen.
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Die Angleichung der lichtelektrischen Empfindlichkeitsverteilung des
Photowiderstandes an die Energieverteilung der Lichtquelle durch Auswahl
eines
der bekannten Photowerkstoffe reicht allein jedoch nicht- aus, weil' meist zusätzlich
weitere wesentliche Bedingungen zu erfüllen sind,. z. B. große lichtelektrische
Empfindlichkeit, hohe Strombelastbarkeit, niedrige Betriebsspannung, große Temperaturwiderstandsfähigkeit,
geringe Luftfeuchtigkeitsempfindlichkeit, geringer Dunkelstrom usw. verlangt werden.:
Die spektral günstig liegenden Stoffe befriedigen meist nicht in bezug auf .diese
weiteren wichtigen Eigenschaften; vielfach ist. ihre lichtelektrische Empfindlichkeit
zu gering.
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Umgekehrt besteht auch dieMöglichkeit,dieEnergieverteilung der steuernden
Strahlung ihrerseits der Empfindlichkeitsverteilung des Photowerkstoffes durch Vorschaltung
von Filtern anzupassen. Bei stark verschiedener Lage der Empfindlichkeitsvera teilung
des Photowerkstoffes und der Energieverteilung der Strahlenquelle wird jedoch die
Nutzwirkung durch die notwendige starke-Absorption in den Filtern außerordentlich
herabgedrückt.
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Bei dem Verfahren nach der iErfindung wird eine vorzügliche S teuerung
von Photowiderständen hoher Strombelastbarkeit,. hoher Empfindlichkeit, geringem
Dunkelstrom und guter Temperaturwiderstandsfähigkeit bei beliebiger lichtelektrischer
Empfindlichkeitsverteilung dadurch erreicht, _ daß man die steuernde Strahlung mittels
Leuchtstoffe, z. B. durch Leuchtstoffpulverschichten, lumineszierende Lösungen b.ztv.
Eanulsionen, oder durch Fluoreszenzgläser in eine der maximalen Empfindlichkeit
des verwendeten Photowerkstoffes angepaßte Lumineszenzstrählung umformt.. Man kommt
'bei diesem neuen Verfahren mit wenigen, hochgezüchteten Photowerkstoffen-mit besonders
guten chemischen und : physikalischen--Eigenschaften äüs. In einzelnen Fällen empfiehlt
es sich, zur noch genaueren Anpassung der steuernden Strahlung an die maximale .
Empfindlichkeit des Photowerkstoffes eine Kombination aus Leuchtstoffen und- Filtergläsern
vorzusehen.
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Besonders vorteilhaft erweist sich das neue Verfahren dort, wo mit
unsichtbarer -Steuerstrahlung gearbeitet werden soll. Für den Fall, daß dabei Leuchtstoffe
mit sichtbarer Lumineszenzstrahlung benutzt werden, läßt sich etwa störendes treulicht
nach außen hin leicht abschirmen, wobei an der Einfallstelle der unsichtbaren Steuerstrahlung
ein die sichtbare Strahlung absorbierendes, die unsichtbare Strahlung aber durchlassendes
Filter vorgesehen wird. Als unsichtbare Steuerstrahlung wird vielfach Ultraviölettstrahlung
benutzt. Man kann aber auch durch Vorerregung des Leuchtstoffes mittels ultravioletter
Strahlung im Photowiderstand einen bestimmten lichtelektrischen Strom einstellen
und die Steuerung dann durch ultrarote, die Leuchtstoffstrahlung mehr oder weniger
wieder auslöschende und damit den lichtelektrischen Strom schwächende Strahlung
vornehmen. Um jede Lichterscheinung für den Beschauer zu vermeiden, kann auch hier
etwaige, nicht zum Photowiderstand hin gerichtete sichtbare Strahlung des Leuchtstoffes
abgeschirmt werden, wobei an der lEinfallstelle der unsichtbaren Strahlungen Filter
verwendet werden, die eine selektive Durchlässigkeit sowohl im Ultraviolett als
auch im Ultrarot besitzen. Filter, die gleichzeitig Bereiche sehr langwelligen und
kurzwelligen Lichtes durchlassen" und für dazwischen gelegene Spektralgebiete undurchlässig
sind, stehen in genügender Auswahl zur Verfügung. Es seien hier nur als Beispiele
die Schottfiltergläser der Gruppen UG, BG, VG und RG genannt.
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(Ein wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens liegt darin, daß bei
Verwendung eines bestimmten Photowerkstoffes die 'Empfindlichkeit der Photoividerstandsanordnung
nach beiden Spektralrichtungen hin bis weit in das Ultraviolett und Ultrarot hinein
erweitert wird.
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Für schnell ablaufende Steuerungen werden Leuchtstoffe mit vorwiegender
Fluoreszenzwirkung, für langsame Steuerungsvorgänge, z. B. Anzeigevorrichtungen;
Leuchtstoffe mit vorwiegender Phosphoreszenzwirkung benutzt.
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Hervorragend gute und bequem zu handhabende Photowide_ rstandsanordnungen
ergeben sich, wenn man den photoelektrisch empfindlichen Werkstoff und-den-zur Umformung
der steuernden Strahlung. dienenden Leuchtstoff miteinander baulich vereinigt: Zu
diesem Zweck wird beispielsweise der Photowerkstoff in einer lumineszierenden Lösung
bzw. Emulsion untergebracht oder in eine lumineszierende Lack- oder Farbstoffschicht
eingebettet. Die lumineszierende Lösung bzw. isolierende Bindemittelschicht kann
aus einem einheitlichen chemischen Stoff bestehen, der bereits an sich die gewünschten
-Lumineszenzeigenschaften aufweist. Ist das nicht der Fall, lcerden ihm organische
oder anorganische Leuchtstoffe, z. B. Zinksilicate, Zinksulfid - Kadmiumsulfid -
Mischkristalle, Lumogen, Anthräcen usw., zugemischt. Es kann aber auch der Photowerkstoff
in eine nichtlumineszierende Bindemittelschicht eingebettet sein, die auf der Oberflache
einen Leuchtstoffüberzug trägt oder von einer lumineszierenden Flüssigkeit umgeben
ist. Eine leistungsfähige; z. B. auf Kädmiumsulfid als Grund- . stoff beruhende
Photowiderstandsanordnung erhält man auch auf folgende Weise: über dem fertigen
Photowiderstand, z. B. einer mit Raster versehenen gesinterten Photokeramilz oder
über Zellen mit feinkristallinen, in Bindemittel eingebetteten Photowerkstoffen,
wird eine für -den gewünschten Spektralbereich durchlässige Filterscheibe angeordnet,
auf deren dem Elektrodenraster zugekehrter Unterseite der zu erregende Leuchtstoff
aufgetragen ist. In einzelnen -Fällen wird der Leuchtstoff auf die photoelektrisch
wirksame, das Elektrodenraster tragende Schicht, gegebenenfalls ohne Zuhilfenahme
von Bindemitteln, in dünner Schicht aufgebracht, bzw. es wirä das Bindemittel nach
dem Aufbringen des Leuchtstoffes wieder beseitigt, z. B. durch Verdampfen.
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Bei den erwähnten Photowiderstandsanordnungen, bei denen der Photowerkstoff
und der Leuchtstoff zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind, befindet sich
die erregende Lichtquelle, die sich aus den als Kleinstlampen anzusehendenLeuchtkriställchen
zusammensetzt, in unmittelbarer Nähe
der Photowerkstoffbrücken zwischen
den Elektroden, während die steuernde Strahlung von einer weit entfernten Lampe,
z. B. einer Ultraviolettlampe, kommen kann. Bei Benutzung von Steuerstrahlungen
mit hohem Anteil an kurzwelliger Strahlung und bei Verwendung von Photowerkstoffen
und Einbettungsmitteln, die eine intensive ultraviolette Strahlung nicht vertragen,
wird durch die Zuhilfenahme von Leuchtstoffen und gegebenenfalls auch noch von Filtern
zusätzlich ein Schutz des Photowerkstoffes und des Einbettungsmittels gegen zerstörende
photochemische Prozesse erzielt.
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Zur Ausübung des neuen Verfahrens stehen geeignete Leuchtstoffe sowie
geeignete Einbettungs-, Binde- und Lösungsmittel und auch Filter in reicher Auswahl
zur Verfügung. Die Umformung der steuernden Strahlung in längerwellige Lumineszenzstrahlung
verursacht keine wesentliche Herabsetzung der Empfindlichkeit der Photowiderstandsanordnung,
weil viele der geeigneten Leuchtstoffe eine Quantenausbeute von nahezu ioo°/o besitzen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung mögen zwei Beispiele aus der
Praxis dienen.
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i. Gefordert wird eine Photowiderstandsanordnung mit hoher Empfindlichkeit,
hoher Strombelastbarkeit und geringer Temperaturempfindlichkeit für eine steuernde
Strahlung des Spektralbereiches von 25o ,u bis 38o y. Diese Forderung läßt sich
nach der Erfindung mittels eines Photowerkstoffes aus Kadmiumsulfid in Kombination
mit einem Leuchtstoff aus Zinksilicat erfüllen. Zweckmäßig wird feinkristallines,
in einer Hochdruckschwefelatmosphäre geglühtes Kadmiumsulfid zu einer Photokeramikplatte
gesintert und auf die Platte dann in üblicher Weise das Doppelkammraster aufgebracht.
Darüber wird ein Glasfilter nach Schott mit der Bezeichnung UG 5 gelegt, das eine
dünne Leuchtstoffschicht aus grünleuchtendem Zinksilicat trägt, und zwar so, daß
die Leuchtstoffschicht dem Doppelkammraster zugekehrt ist und auf diese Weise nach
außen abgeschirmt wird. Eine solche Photowiderstandsanordnung ist besonders für
niedrige Betriebsspannungen und für hohen lichtelektrischen Strombedarf geeignet.
Die Photowiderstandsschicht kann aber auch statt durch Sinterung durch Mischen des
Kadmiumsulfidpulvers mit einem geeigneten Bindemittel hergestellt werden. In diesem
Fall kann man ferner das Zinksilicatpulver dem Kadmiumsulfidpulver vorder Herstellung
der Platte beimischen, die dann nur noch mit dem Elektrodenraster zu versehen ist.
2. Es sollen Straßen und Gleisanlagen durch Ultrarotstrahlung überwacht werden.
Die Verkehrskontrolle kann mit Photowiderständen unter Zuhilfenahme des Ausleuchteffektes
der verwendeten Leuchtstoffe in folgender Weise durchgeführt werden: Eine durch
Ultrarot zu steuernde Kadmiumsulfid-Photowiderstandszelle wird mit dem Schottfilter
UG 3 abgedeckt, das,auf der dem Raster zugekehrten Seite einen überzug aus leuchtendem
Zinksulfid trägt. Zur Anregung des Zinksulfidüberzuges dient eine Hilfslichtquelle
mit langwelliger ultravioletter Strahlung. Solange ultrarote Strahlung auf die mit
dem Filter versehene Photowiderstandszelle fällt, wird die Lumineszenz des durch
die ultraviolette Strahlung angeregten Leuchtstoffes stark herabgesetzt und damit
auch die Photoleitfähigkeit der Zelle niedrig gehalten. Wird nun der Ultrarotstrahler
abgeschattet, so leuchtet das Zinksulfid stärker auf, und der lichtelektrische Strom
der Zelle steigt so stark an, daß er jetzt imstande ist, ein angeschlossenes Relais
zu betätigen.
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Das neue Verfahren ist naturgemäß nicht etwa nur für ultraviolette
oder ultrarote Steuerstrahlungen oder nur für Kadmiumsulfid als Photowerkstoff brauchbar.
;Es eignet sich grundsätzlich für alle Photowerkstoffe und auch für sichtbare Steuerstrahlungen.