NO120854B

NO120854B -

Info

Publication number: NO120854B
Application number: NO168658A
Authority: NO
Inventors: A Nestler; K Mayer; J Reissmueller
Original assignee: Boelkow Gmbh
Priority date: 1966-07-09
Filing date: 1967-06-20
Publication date: 1970-12-14
Also published as: DK125177B; BE701131A; DE1525534C2; GB1185359A; DE1525534B1; NL6709338A; FR1530882A; CH472001A; LU54042A1; AT278293B; SE340153B

Description

Anordning for forsterkning og omformning av stråling. Device for amplifying and transforming radiation.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for mottakning av innfallende stråling og frembringelse av stråling av liknende karakter men med større styrke enn den innfallende stråling, eller for omforming av innfallende stråling til stråling av forskjellig bølgelengde. The present invention relates to a device for receiving incident radiation and producing radiation of a similar nature but with greater strength than the incident radiation, or for transforming incident radiation into radiation of a different wavelength.

Det er kjent materialer hvis elektriske There are known materials whose electrical

ledningsevne forandrer seg når det utsettes for innfallende stråling. Andre materialer vanligvis kalt elektroluminescensmate-rialer luminescerer når de utsettes for en spenningstilstand som skyldes spennings-forskjellen mellom de elektroder mellom hvilke materialet befinner seg. conductivity changes when exposed to incident radiation. Other materials, usually called electroluminescent materials, luminesce when they are exposed to a voltage state which is due to the voltage difference between the electrodes between which the material is located.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning som sam-tidig utnytter begge disse egenskaper ved materialene. The purpose of the present invention is to provide a device which simultaneously utilizes both of these properties of the materials.

En anordning for forsterkning og omforming av stråling, hvor der mellom to elektrisk ledende elektroder som påtrykkes en vekselspenning og som begge er gjen-nomtrengelige for stråling innenfor et forut bestemt bølgelengdeområde, er anordnet et lag av et materiale som er i stand til avhengig av innfallende stråling å frembringe en endring av spenningstilstanden mellom elektrodene, er i henhold til oppfinnelsen karakterisert ved at der mellom en av de ledende elektroder og det nevnte lag, og adskilt fra dette lag med et sjikt av dielektrisk materiale med høy dielektrisitetskonstant, er anordnet et annet lag av et materiale som er i stand til å avgi synlig stråling avhengig av endringen i den spenningstilstand som er frembrakt 21 g-29 — 120854 — 1 blad tegninger. A device for amplifying and transforming radiation, where a layer of a material is arranged between two electrically conductive electrodes which are applied an alternating voltage and which are both permeable to radiation within a predetermined wavelength range, which is capable of depending on the incident radiation to produce a change in the voltage state between the electrodes, is characterized according to the invention in that between one of the conductive electrodes and the aforementioned layer, and separated from this layer by a layer of dielectric material with a high dielectric constant, another layer is arranged of a material capable of emitting visible radiation depending on the change in the state of stress produced 21 g-29 — 120854 — 1 sheet of drawings.

av innfallende stråling, idet den synlige stråling som avgis fra det annet lag er en reproduksjon av den innfallende stråling i et bølgelengdeområde i det synlige spektrum. of incident radiation, the visible radiation emitted from the second layer being a reproduction of the incident radiation in a wavelength range in the visible spectrum.

En slik anordning kan anvendes til forsterkning av en stråling som faller inn på et lag (a) ved at der frembringes en øket stråiingsstyrke som emmitteres fra laget (b), eller når laget (a) eksiteres av stråling med en bølgelengde eller et område av bølgelengder mens laget (b) når det eksiteres frembringer en stråling med en bølgelengde eller et område av bølge-lengder som er forskjellig fra de som faller inn på laget (a), for omforming av den innfallende stråling på laget (a) til en stråling av forskjellig bølgelengde. Hvis f. eks. den innfallende stråling på laget (a) er bløte røntgenstråler, kan synlig lys emitteres fra laget (b) med større intensi-tet enn tilfellet ville være hvis de innfallende røntgenstråler falt på en normal, fluorescerende skjerm. Lagene (a) og (b) kan hver bestå av findelte materialer som er fordelt i et isolasjonsstoff slik at variasjoner i styrken av den stråling som faller på bildeelementer av laget (a), frembringer tilsvarende variasjoner i den stråling som emitteres fra tilsvarende lokaliserte bildeelementer av laget (b). Laget (a) kan bestå av fotoledende materialet som er inn-støpt i glass med lavt smeltepunkt, mens laget (b) kan bestå av elektroluminescerende fosfor, som også er innstøpt i glass med lavt smeltepunkt. Lagene (a) og (b) kan alternativt bestå av transparent, ho-mogen, ikke-kornet film fremstilt ved fordampning i en surstoffri atmosfære eller ved direkte vakuumfordampning. Such a device can be used to amplify radiation that falls on a layer (a) by producing an increased radiation strength that is emitted from the layer (b), or when the layer (a) is excited by radiation with a wavelength or a range of wavelengths while the layer (b) when excited produces a radiation of a wavelength or a range of wavelengths different from those incident on the layer (a), to transform the incident radiation on the layer (a) into a radiation of different wavelengths. If e.g. the incident radiation on layer (a) is soft X-rays, visible light can be emitted from layer (b) with greater intensity than would be the case if the incident X-rays fell on a normal, fluorescent screen. The layers (a) and (b) can each consist of finely divided materials which are distributed in an insulating material so that variations in the strength of the radiation falling on image elements of layer (a) produce corresponding variations in the radiation emitted from correspondingly located image elements of the layer (b). Layer (a) may consist of the photoconductive material which is embedded in glass with a low melting point, while layer (b) may consist of electroluminescent phosphor, which is also embedded in glass with a low melting point. Layers (a) and (b) can alternatively consist of transparent, homogeneous, non-grained film produced by evaporation in an oxygen-free atmosphere or by direct vacuum evaporation.

I en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er de to lag anordnet på de to sider av en skive av isolasjonsmateriale som kan bestå av bariumtitanat eller titandioksyd. Bariumtitanat eller titandioksyd kan være i sintret form, slik som den er kjent og anvendt i forbindelse med fremstilling av keramiske kon-densatorplater. In a preferred embodiment of the present invention, the two layers are arranged on the two sides of a disc of insulating material which may consist of barium titanate or titanium dioxide. Barium titanate or titanium dioxide can be in sintered form, as is known and used in connection with the production of ceramic capacitor plates.

De ledende elektroder som er anordnet på de ytre overflater av de to lag kan være i form av metall-lag dannet ved pådamping på de respektive overflater av det fotoledende lag og det elektroluminescerende lag. Alternativt kan elektrodene bestå av et ledende lag dannet på glass på kjent måte, f. eks. ved påsprøytning med en tinn-kloridoppløsning mens glasset er oppvar-met. The conductive electrodes which are arranged on the outer surfaces of the two layers can be in the form of metal layers formed by evaporation on the respective surfaces of the photoconductive layer and the electroluminescent layer. Alternatively, the electrodes can consist of a conductive layer formed on glass in a known manner, e.g. by spraying with a stannous chloride solution while the glass is heated.

Fire forskjellige utførelseseksempler på oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningen. Figurene 1 til 4 viser i snitt fire forskjellige utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 viser en anordning for forsterkning og omforming av stråling, hvilken anordning består av et første lag 10 dannet av et fotoledende materiale som er i stand til avhengig av innfallende stråling å frembringe en endring av den spenningstilstand som skyldes en vekselspenning som påtrykkes elektrodene mellom hvilke laget er anordnet. Laget 10 er anbrakt på en skive 11 av isolasjonsmateriale med høy dielektrisitetskonstant, som f. eks. polykrystallinsk titandioksyd eller bariumtitanat. På den side av laget 10 som er lengst fra isolasjonsmaterialet er anbrakt en ledende elektrode 12, som slipper igjennom strålingen som skal påvirke laget 10. Kontakt med den transparente, ledende elektrode skjer ved en tilførselsleder 13. På den annen side av skiven 11 er anbrakt et annet lag 14, som består av et materiale som er i stand til å emittere synlig stråling i samsvar med den spenningstilstand som skyldes vekselspenningen som påtrykkes de elektroder mellom hvilke det nevnte emit-terende materialet er anordnet. På laget 14 er anbrakt den annen ledende elektrode 15, som slipper igjennom synlig stråling som emitteres av laget 14. En forbindelses-ledning 16 er festet til elektroden 15. Four different embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Figures 1 to 4 show an average of four different embodiments of the present invention. Fig. 1 shows a device for amplifying and transforming radiation, which device consists of a first layer 10 formed of a photoconductive material which is capable, depending on incident radiation, of producing a change in the voltage state due to an alternating voltage applied to the electrodes between which layer is arranged. The layer 10 is placed on a disk 11 of insulating material with a high dielectric constant, such as e.g. polycrystalline titanium dioxide or barium titanate. On the side of the layer 10 which is farthest from the insulating material, a conductive electrode 12 is placed, which lets through the radiation that is to affect the layer 10. Contact with the transparent, conductive electrode takes place via a supply conductor 13. On the other side of the disk 11 is placed another layer 14, which consists of a material capable of emitting visible radiation in accordance with the voltage state due to the alternating voltage applied to the electrodes between which the said emitting material is arranged. The second conductive electrode 15 is placed on the layer 14, which lets through visible radiation emitted by the layer 14. A connecting wire 16 is attached to the electrode 15.

Ved over klemmene 13 og 16 å på-trykke en vekselspenning på elektrodene 12 og 15, dannes en spenningstilstand over lagene 10 og 14, som er adskilt ved hjelp av isolasjonsskiven 11. Når innfallende stråling gjennom den transparente elektrode 12 faller på det første lag 10, dannes lokale områder eller bildeelementer med forskjellig ledningsevne i laget 10 tilsvarende forskjellen i styrke av de innfallende stråler. Den resulterende endring i spenningstilstanden eksiterer de tilsvarende lokale områder i laget 14 og bringer disse til å emittere stråling. Hvis den innfallende stråling på laget 10 har en annen form enn strålingen som emitteres fra laget 14, tjener anordningen som strå-lingsomformer. Hvis imidlertid det fotoledende materiale i laget 10 påvirkes av synlig lys, så representerer den synlige stråling som emitteres fra laget 14 et for-sterket bilde av den innfallende stråling på laget 10. By applying an alternating voltage to the electrodes 12 and 15 via the clamps 13 and 16, a voltage state is formed across the layers 10 and 14, which are separated by means of the insulating disc 11. When incident radiation through the transparent electrode 12 falls on the first layer 10 , local areas or image elements with different conductivity are formed in the layer 10 corresponding to the difference in strength of the incident rays. The resulting change in the voltage state excites the corresponding local areas in the layer 14 and causes them to emit radiation. If the incident radiation on the layer 10 has a different form than the radiation emitted from the layer 14, the device serves as a radiation converter. If, however, the photoconductive material in the layer 10 is affected by visible light, then the visible radiation emitted from the layer 14 represents an amplified image of the incident radiation on the layer 10.

Hvis lysoverføringen fra skiven 11 er tilstrekkelig til å forårsake tilbakekobling, kan det være nødvendig å legge inn en ugjennomsiktig skjerm mellom lagene 10 og 14, slik som vist ved den strekede linje 17. Materialet som skjermen er sammen-satt av må ha høy elektrisk motstand. Hvis et materiale med lav motstand, som f. eks. mangandioksyd, kull eller grafitt anvendes, må laget være således anordnet at der dannes adskilte områder, dvs. ved påføring av materialet gjennom en skjerm. Den samme virkning kan oppnås hvis de enkelte par-tikler er Isolert fra hverandre ved å være fordelt i et isolerende bindemiddel, f. eks. en metakrylatharpiks. If the light transmission from disc 11 is sufficient to cause feedback, it may be necessary to insert an opaque screen between layers 10 and 14, as shown by dashed line 17. The material of which the screen is composed must have a high electrical resistance . If a material with low resistance, such as manganese dioxide, coal or graphite is used, the layer must be arranged in such a way that separate areas are formed, i.e. when the material is applied through a screen. The same effect can be achieved if the individual particles are isolated from each other by being distributed in an insulating binder, e.g. a methacrylate resin.

Det fotoledende materiale kan bestå av selen, antimon trisulfid eller kadmiumsul-fid, i det materialet i pulverform fordeles i et fast isolasjonsmateriale. Materialet i det annet lag 14 kan bestå av et elektroluminescerende sinksulfid aktivert med kobber eller magnesium. The photoconductive material can consist of selenium, antimony trisulphide or cadmium sulphide, in which the material in powder form is distributed in a solid insulating material. The material in the second layer 14 can consist of an electroluminescent zinc sulphide activated with copper or magnesium.

Det fotoledende materiale og fosfor-materialet skal begge bestå av findelte materialer som er fordelt i et isolasjonsmateriale, slik at endringer av den innfallende strålingsstyrke på lokale områder eller bildeelementer i laget 10 kan frembringe tilsvarende variasjoner i den stråling som emitteres fra tilsvarende lokale områder eller bildeelementer i laget 14. Materialene i pulverform kan fordeles i glass med lavt smeltepunkt, dvs. borofosfatglass, eller i et organisk dielektrikum som f. eks. polysty-ren, polybutyl-metakrylat og liknende. Alternativt kan lagene 10 og 14 bestå av ikke-kornet film av et materiale som frembringes ved fordampning i en surstoff-fri gass eller direkte ved vakuumfordampning. The photoconductive material and the phosphor material must both consist of finely divided materials that are distributed in an insulating material, so that changes in the incident radiation strength on local areas or image elements in the layer 10 can produce corresponding variations in the radiation emitted from corresponding local areas or image elements in layer 14. The materials in powder form can be distributed in glass with a low melting point, i.e. borophosphate glass, or in an organic dielectric such as e.g. polystyrene, polybutyl methacrylate and the like. Alternatively, layers 10 and 14 may consist of non-grained film of a material produced by evaporation in an oxygen-free gas or directly by vacuum evaporation.

ion )pn fri ion )pn free

I en aiternativ utføreisesform vist i fig. 2 består elektrodene 12, 15 av et ledende lag på glass, hvor glassplatene som filmene er dannet på, er angitt med 18, 19. Glassplatene 18, 19 tjener som bærere og be-skytter lagene av fosfor og kjeramisk materiale som er anbrakt mellom dem. In an alternative embodiment shown in fig. 2, the electrodes 12, 15 consist of a conductive layer of glass, where the glass plates on which the films are formed are indicated by 18, 19. The glass plates 18, 19 serve as carriers and protect the layers of phosphor and ceramic material placed between them .

Fig. 3 viser en alternativ utføreisesform hvor skiven 11 som er av keramisk materiale som f. eks. titandioksyd, i seg selv er gjort fotoledende ved reduksjon i vann-stoff eller i vakuum til den form som er kjent som «blå», idet titandioksydet således danner et materiale som er følsomt for innfallende stråling og derved danner det første lag. Den ledende elektrode 12 er dannet på en side av den behandlede titandiok-sydskive ved opphetning til en temperatur på 600° C med en overflate i kontakt med sinkstøv. Den er så med den annen overflate forbundet med laget 14 av fosfor som er i stand til å emittere synlig stråling når det utsettes for en endring i spenningstilstanden, idet fosforet er anordnet inne i et isolasjonsmateriale som beskrevet oven-for. Hvis fosforet er fordelt i glass, kan selve glasset påføres en ledende elektrode 15 på overflaten. Fig. 3 shows an alternative embodiment where the disk 11 which is made of ceramic material such as titanium dioxide, itself is made photoconductive by reduction in water or in a vacuum to the form known as "blue", as the titanium dioxide thus forms a material which is sensitive to incident radiation and thereby forms the first layer. The conductive electrode 12 is formed on one side of the treated titanium dioxide wafer by heating to a temperature of 600° C. with a surface in contact with zinc dust. It is then connected with the other surface to the layer 14 of phosphor which is capable of emitting visible radiation when exposed to a change in the voltage state, the phosphor being arranged inside an insulating material as described above. If the phosphor is distributed in glass, a conductive electrode 15 can be applied to the glass itself.

Den modifikasjon av anordningen som er vist i fig. 4 utnytter den anordning som er beskrevet i forbindelse med fig. 3, men med glassplater 18 og 19 som beskyttelse på hvilke de ledende elektroder 12, 15 er dannet. Anordnningen i fig. 4 har en viss forbindelse med den anordning som er beskrevet i forbindelse med fig. 3, likesom anordningen i fig. 2 har en forbindelse med anordningen i fig. 1. The modification of the device shown in fig. 4 utilizes the device described in connection with fig. 3, but with glass plates 18 and 19 as protection on which the conductive electrodes 12, 15 are formed. The arrangement in fig. 4 has a certain connection with the device described in connection with fig. 3, like the device in fig. 2 has a connection with the device in fig. 1.

Hvis det er ønskelig å utelukke fuk-tighet og hindre andre atmosfæriske til-stander fra å påvirke anordningen, kan denne innesluttes i en omhylling av lakk eller harpiks som lederne 13 og 16 rager ut av. If it is desired to exclude moisture and to prevent other atmospheric conditions from affecting the device, it can be enclosed in a coating of lacquer or resin from which the conductors 13 and 16 protrude.

Claims

1. Device for amplifying and transforming radiation, where between two electrically conductive electrodes which are applied an alternating voltage and which are both permeable to radiation within a predetermined wavelength range, a layer (10) of a material capable of depending on incident radiation to produce a change in the voltage state between the electrodes, characterized in that between one of the conductive electrodes (15) and the aforementioned layer (10) and separated from this layer by a layer (11) of dielectric material with high dielectric constant, another layer (14) of a material capable of emitting visible radiation is arranged depending on the change in the voltage state produced by incident radiation, the visible radiation being emitted from the second layer (14) ' is a reproduction of the incident radiation in a wavelength range in the visible spectrum.

2. Device according to claim 1, characterized in that the layers (10) and (14) are formed from finely divided materials which are distributed in a solid insulating material so that variations in the strength of the radiation falling on picture elements of • the layer (11) produce corresponding variations in the radiation emitted from corresponding local image elements of the layer (14).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric material with a high dielectric constant is a plate of polycrystalline titanium dioxide or barium titanate.

4. Device according to claim 3, characterized in that the titanium dioxide sheet is made photoconductive so that it forms the photoconductive layer.