DE1263944B - Als Bildwandler bzw. Bildverstaerker geeignete Einrichtung zur bildhaften Steuerung eines homogenen bildfreien, beliebig hellen Lichtbuendels - Google Patents
Als Bildwandler bzw. Bildverstaerker geeignete Einrichtung zur bildhaften Steuerung eines homogenen bildfreien, beliebig hellen LichtbuendelsInfo
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Description
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
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
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)
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;
23Q613;
britische Patentschrift Nr. 778 376;
USA.-Patentschrift Nr. 2 644 938,
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 519/517 3.63 © Bundesdruckerei Berlin
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