DE684280C

DE684280C - Capacitor for converting radiant energy into electrical energy

Info

Publication number: DE684280C
Application number: DEW92229D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-07-18
Filing date: 1933-07-18
Publication date: 1939-11-28

Description

Kondensator zur Umsetzung von Strahlungsenergie in elektrische Energie Alle gebräuchlichen Fernsehapparaturen beruhen auf dem Prinzip, das Bild in Bildelemente aufzulösen und deren Helligkeit in elektrische Energie umzuwandeln, wobei Ort und Helligkeit des Bildelementes durch irgendeinen konstanten Abtastvorgang festgelegt werden können. Um beim Abtastvorgang weitgehende Trägheitslosigkeit zu erhalten, werden in neuerer Zeit fast nur Elektronenstrahlen verwendet.Capacitor for converting radiant energy into electrical energy All common television sets are based on the principle of the picture in picture elements dissolve and convert their brightness into electrical energy, where and Brightness of the picture element is determined by some constant scanning operation can be. In order to achieve a high degree of inertia during the scanning process, Electron beams are used almost exclusively in recent times.

Dies ist z. B. der Fall bei den Verfahren von A. S a b b a h und K. Z w o r y k i n , weiter bei. den Verfahren von T i h a n y i und Zworykin/W.estinghouse.This is e.g. B. the case in the proceedings of A. S a b b a h and K. Z w o r y k i n, continue at. the methods of T i h a n y i and Zworykin / W.estinghouse.

Sämtliche bekannten Verfahren beruhen darauf, daß von einer lichtempfindlichen Schicht Elektronen ausgesandt werden sowohl beim Auftreffen eines Licht- als auch eines Kathodenstrahles. Hierbei tritt eine Sekundäremission von Elektronen auf, die entweder durch ihr direktes Auffangen oder durch ihr Fehlten am Ursprungsort eine Verstärkungs-oder Sendeapparatur modulieren. Bei diesen Verfahren handelt es sich um eine Amplitudenmodulation am Gitter einer Verstärkungs- oder Senderöhre im Takte der im Bild enthaltenen Helligkeitswerte.All known methods are based on the fact that a light-sensitive Layer electrons are emitted both when a light and a cathode ray. A secondary emission of electrons occurs here, which either through their direct capture or through their absence at the place of origin modulate an amplification or transmission apparatus. These are the procedures amplitude modulation on the grating of an amplification or transmission tube in the cycle of the brightness values contained in the image.

Alle bekannten Verfahren sind mit Mängeln behaftet, die teils durch Trägheit der verwendeten lichtelektrischen Elemente, teils durch die Anwendung der Sekundärelektronenemission bedingt sind, deren restlose Beherrschung noch nicht- gelungen ist. Außerdem wird neuerdings ein immer feineres Raster des zu übertragenden Bildes verlangt, das sich ebenfalls nicht durch mechanisches Auftragen in dem wünschenswerten Grade erreichen läßt.All known methods have shortcomings, some of which are caused by Inertia of the photoelectric elements used, partly due to the application of the Secondary electron emission, the complete control of which is not yet succeeded. In addition, the grid to be transmitted has recently become finer and finer Image requires, which is also not achieved by mechanical application in the desirable Can reach degrees.

Es ist auch schon bekannt, die an dem Zu S Cu a-Phosphor beobachtete Eigenschaft, bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht seine Dielektrizitätskonstante zu erhöhen, in der Weise zur Bildübertragung zu verwenden, daß man die bei der Bestrahlung auftretende Kapazitätsänderung in bekannter Weise in Stromschwankungen umsetzt. Die praktische Durchführung dieses Gedankens scheitert jedoch daran, daß der Zn S Cu a-Phosphor bei gewöhnlicher Temperatur mit einer zu großen Trägheit behaftet war. Auch der bereits gewählte Ausweg, den Phosphor auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der er eine geniigend hohe Reaktionsgeschwindigkeit besitzt, ist wegen der bei hohen Temperaturen zu stark herabgesetzten Empfindlichkeit des Phosphors nicht anwendbar. Da alle Versuche, andere Stoffe mit der in Rede stehenden Eigenschaft aufzufinden, erfolglos geblieben waren, mußte also die Anwendung von Kondensatoren mit durch Bestrahlung veränderlicher Kapazität aussichtslos erscheinen.It is also already known that the Cu a phosphorus observed on the Zu S Property of its dielectric constant when exposed to visible light to use for image transfer in such a way that one can use the irradiation Any change in capacitance that occurs is converted into current fluctuations in a known manner. However, the practical implementation of this idea fails because the Zn S Cu a phosphorus has too great an inertia at ordinary temperature was. Also the already chosen way of heating the phosphorus to a temperature at which he has a sufficiently high reaction speed, is because of the high temperatures too much reduced sensitivity of the phosphor not applicable. Since all attempts to find other substances with the property in question, had remained unsuccessful, so the use of capacitors had to go through Irradiation variable capacity appear hopeless.

Es wurde nun gefunden, d,aß sich die Trägheit, d. h. die Dauer der An- und Abklinperiode des Effektes, bei Zn S Cu x-Phosphoi@ so weit herabsetzen läßt, daß sie pralc@s@ vernachlässigt werden kann, wenn man 'fei:' der Herstellung des Leuchtstoffes Schmelzzusätze anwendet, die keine Erhöhung der Leitfähigkeit in den einzelnen Leuchtzentren hervorrufen. Zu diesem Zweck haben sich solche Zusätze als geeignet erwiesen, die mit dem Zinksulfid möglichst isomorph sind und demgemäß keine Bahnen erhöhter Leitfähigkeit oder Lockerstellen für die Elektronen bilden. Insbesondere hat sich der Ersatz der bisher üblichen Alkalichloride durch Mägnesiumfluorid bewährt.It has now been found that indolence ate itself, that is, H. the duration of the On and off period of the effect, with Zn S Cu x-Phosphoi @ so far reduce lets pralc @ s @ neglect it if one 'fei:' the production of the phosphor uses melting additives that do not increase the conductivity in the individual light centers. For this purpose have such additives proved to be suitable which are as isomorphic as possible with the zinc sulfide and accordingly do not form tracks of increased conductivity or looseness for the electrons. In particular, the replacement of the previously customary alkali chlorides by magnesium fluoride has proven successful proven.

Als Leuchtsubstanz wird vorzugsweise ein Zinksulfidkupferl.euchtstoff verwendet. Bei diesen Stoffen geht das zeitliche Anklingen der Dielektrizitätskonstantenänderung bei allen Temperaturen mit dem Erscheinen der Phosphoreszenz parallel. Für die Phosphoreszenz selbst gilt, daß einem raschen Anklingen ein rasches Abklingen entspricht. Im oberen Momentzustand entzieht sich die Anklingungszeit der Messung. Unter oberem Momentzustand ist derjenige Zustand des Leuchtstoffes zu verstehen, in dem Fluoreszenz an Stelle der Phosphoreszenz tritt, so daß .das Aufleuchten bei der Bestrahlung und das Abklingen des Leuchtens nach der Bestrahlung momentan, d. h. praktisch trägheitslos erfolgt. Ebenso -erfolgt auch der zeitliche Anstieg der - aktinodielektrischen Wirkung im oberen Momentänzustand praktisch trägheitslos. Die Anklin:güngszeit verkürzt sich um so mehr, je höher die Temperatur ist. Im Bereich des oberen Momentanzustandes des Leuchtstoffes ist es nicht mehr möglich, das An- und Abklingen zeitlich zu verfolgen. Die Änderung der Dielektrizitätskonstante setzt ebenso plötzlich ein wie die Phosphoreszenz (Fluoreszenz). Die Zeitdauer liegt unter 1o-5 Sekunden. Durch geeignete Wahl der Phosphoreszenz- (Fluoreszenz-) Substanz und auch der Temperatur im oberen Momentanzustand läßt sich dieser Einsatzpunkt bedeutend herabsetzen.. Dabei Zinksulfidkupferleucht5toff der obere Momentanzustand schon bei. i2o° C eintritt,. so ist seine Einhaltung mit. keinen Schwierigkeiten verbunden. Es ist aber auch- möglich, die Temperaturerhöhung dadurch zu umgehen, daß man Leuchtstoffe verwendet, die überhaupt keine Phosphoreszenz; -sondern nur Fluoreszenz zeigen. In, diesem Falle erfolg;. das An- und Abklingen der Änderung der Dielektrizitätskonstante überhaupt praktisch trägheitslos. In der folgenden Tabelle sind die Änderungen der Dielektrizitätskonstante unter verschiedenen Bedingungen gegenübergestellt: Zn S-Cu ZttS-Ctf Leuchtstoff mit Leuchtstoff mit langer langer Nach- kurzer lcüchtdauer Nach- Art der Ände- groß, klein, rüng der Di- sie wächst von sie wächst von ' elektrizitäts- 8,07 zu 13,07 8,07 zu 9,oo konstante bei Belichtung Zeitlicher Ein- zo-s Sek. kleiner als setz bei Zim- 1o-5 Sek. mertempera- praktisch tur trägheitslos Zeitlicher Ein- kleiner als satz im oberen zo- s Sek. Momentan- zustand (120, C) Den Grund für die Änderung der Dielektrizitätskonstante kann man sich etwa wie folgt vorstellen: Jedes Kupferatom mit einer gewissen Umgebung von Zinksulfidmolekülen bildet ein Zentrum, innerhalb dessen sich Elektronen, die bei Belichtung frei werden, verschieben können. Dadurch erhalten die etwa kugelförmig zu denkenden Zentren eine gewisse Leitfähigkeit, während die ganze übrige Masse des Leuchtstoffes, im Beispiel das überschüssige Zinksulfid, auch im Licht ein Isolator mit der ursprünglichen Dielektrizitätskonstante bleibt. Für ein solches Zentrum finit eingebetteten leitenden Kugeln können die Vorgänge: quantitativ errechnet werden. Es hat sieh gezeigt, daß jede Bestrahlung, die eine Leitfähigkeitsänderung in den Zentren hervorruft, auch eine Änderung der Dielektrizitätskonstante verursacht.A zinc sulfide copper luminescent substance is preferably used as the luminous substance. In the case of these substances, the change in the dielectric constant over time goes parallel to the appearance of phosphorescence at all temperatures. For the phosphorescence itself it is true that a rapid attack corresponds to a rapid decay. In the upper instantaneous state, the attack time eludes the measurement. The upper instantaneous state is to be understood as the state of the phosphor in which fluorescence takes the place of phosphorescence, so that the lighting up during the irradiation and the fading of the glow after the irradiation takes place momentarily, ie practically without inertia. Likewise, the temporal increase in the actinodielectric effect in the upper instantaneous state also takes place practically without inertia. The arrival time is shortened the more, the higher the temperature. In the area of the upper instantaneous state of the luminescent material, it is no longer possible to track the rise and fall over time. The change in the dielectric constant starts just as suddenly as the phosphorescence (fluorescence). The duration is less than 1o-5 seconds. With a suitable choice of the phosphorescent (fluorescent) substance and also the temperature in the upper instantaneous state, this starting point can be reduced significantly. i2o ° C enters. so is its compliance with. no difficulties involved. But it is also possible to circumvent the increase in temperature by using phosphors which do not have any phosphorescence at all; -but only show fluorescence. In that case success. the rise and fall of the change in the dielectric constant practically without inertia. The following table compares the changes in the dielectric constant under different conditions: Zn S-Cu ZttS-Ctf Fluorescent with fluorescent with long long after- short duration after- Type of change - big, small, Rüng der Di- it grows from it grows from 'Electricity - 8.07 to 13.07 8.07 to 9, oo constant at exposure Temporal single-s sec. Less than set at Zim- 1o-5 sec. mertempera- practical ture inertia Temporal in less than sentence in the upper zo s sec. At the moment- State (120, C ) The reason for the change in the dielectric constant can be imagined as follows: Every copper atom with a certain environment of zinc sulfide molecules forms a center within which electrons, which are released upon exposure, can move. As a result, the centers, which can be thought of as spherical, acquire a certain conductivity, while the entire remaining mass of the phosphor, in the example the excess zinc sulfide, remains an insulator with the original dielectric constant even in light. For such a center finitely embedded conductive spheres, the processes: can be calculated quantitatively. It has been shown that any irradiation which causes a change in conductivity in the centers also causes a change in the dielectric constant.

Die erfindungsgemäße Herstellung des Zinksulfidkupferleuchtstoffes erfolgt durch Zusammensintern eines Gemisches von beispielsweise i g Zinlizsulfid, o,1 g Magnesiumfluorid und o,ooooi g Kupfer (als Nitrat oder Sulfat). Diese Gemische werden nach dem Sintern in bekannter Weise gepulvert und mit einem Bindemittel angeteigt. Diese Leuchtstoffmasse wird zwischen zwei Schichten aus leitendem Metall untergebracht, die so .dünn sind, daß sie das sichtbare Licht nur in ganz geringem Maße schwächen.The production of the zinc sulfide copper phosphor according to the invention takes place by sintering together a mixture of, for example, 1 g of tin sulfide, 0.1 g of magnesium fluoride and o, ooooi g of copper (as nitrate or sulfate). These mixtures are powdered in a known manner after sintering and made into a paste with a binder. This phosphor mass is placed between two layers of conductive metal, which are so thin that they only weaken visible light to a very small extent.

Es hat sich ;gezeigt, daß man die Herstellung der Leüchtstoffschicht noch vervollkommnen kann. Man bringt zu diesem Zweck den oben angegebenen Schmelzsatz in einen Hochdruckofen, der mit einem indifferenten Gas gefüllt ist. Die Leuchtstoffb:estandteile werden darin zu einer klaren Platte geschmolzen und diese dann auf beiden.' Seiten blank poliert. Auf die eine Seite dieser Platte wird sodann eine Schicht aus leitendem Metall in atomarer Stärke aufgetragen, durch die hindurch sichtbares Licht auf die Leuchtstoffplatte gelangen kann. Zweckmäßigerweise erfolgt das Aufbringen dieser Metallschicht durch Aufdampfen im Vakuum. Als Metall kann beispielsweise Silber oder Platin verwendet werden. Der besondere Vorteil, den die Herstellung einer Leuchtstoffplatte durch Schmelzen bietet, besteht darin, daß der Wert des Dielektrikums an allen Stellen gleich ist, wogegen bei einer Leuchtstoffschicht, die aus Pulver mit Bindemittel besteht, Ungleichheiten des Wertes vorkommen können, die durch eingeschlossene Lufträume, ungleiche Verteilung des Bindemittels u. dgl. bedingt sind.It has been shown that the production of the phosphor layer can still perfect. One brings to this Purpose the above Melting set in a high pressure furnace which is filled with an inert gas. The phosphor components are melted into a clear plate and these then on both. ' Polished sides. On one side of this plate will be then applied a layer of conductive metal in atomic thickness through which visible light can reach the fluorescent plate through it. Appropriately this metal layer is applied by vapor deposition in a vacuum. As metal For example, silver or platinum can be used. The special advantage which the production of a fluorescent sheet by melting offers consists in: that the value of the dielectric is the same at all points, whereas with a fluorescent layer, which consists of powder with binding agent, inequalities of the value can occur, caused by enclosed air spaces, uneven distribution of the binder and the like. are conditional.

Auf die Rückseite der Platte wird eine Metallelektrode aus Aluminiumblech o. dgl. gelegt. Auch hier kann zuerst eine ganz dünne Metallhaut aufgedampft sein. Die Dicke der Metallelektrode wird so gewählt, daß sie beim Auftreffen von Kathodenstrahlen Elektronen in ausreichendem Maße hindurchläßt, beispielsweise in einer - Dicke von o,ooz mm. Sie richtet sich nach der Geschwindigkeit der Elektronen.A metal electrode made of sheet aluminum is placed on the back of the plate or the like. Here, too, a very thin metal skin can first be vapor-deposited. The thickness of the metal electrode is chosen so that it is when the cathode rays strike Lets electrons through to a sufficient extent, for example in a - thickness of o, ooz mm. It depends on the speed of the electrons.

Zum Zweck der Bildübertragung wird der Kondensator derart in einen Sendekreis geschaltet, daß er dessen Frequenz oder Amplitude beeinflußt. Das zu übertragende Bild kann mittels eines bekannten Bildzerlegers nach und nach auf einen Belag des Kondensators aufprojiziert werden. Jedes aufprojizierte Bildelement bewirkt dann eine seinem Helligkeitswert entsprechende Erhöhung der Dielektrizitätskonstante des von ihm getroffenen Flächenelementes des Kondensators, also eine Kapazitätsänderung, die sich je nach der Schaltung des Kondensators als Änderung der Amplitude oder Frequenz der Sendeapparatur auswirkt und als solche übertragen werden kann.For the purpose of image transmission, the capacitor is so in a Sending circuit switched that it affects its frequency or amplitude. That too The transmitted image can be gradually converted to one by means of a known image decomposer The surface of the capacitor can be projected onto it. Each projected picture element causes then an increase in the dielectric constant corresponding to its brightness value of the surface element of the capacitor hit by it, i.e. a change in capacitance, depending on the circuit of the capacitor as a change in amplitude or Affects the frequency of the transmission equipment and can be transmitted as such.

Eine zweite Möglichkeit der Bildübertragung liegt darin, daß das Bild im ganzen auf einen Belag des Kondensators projiziert wird, wodurch dessen Käpazität auf einen dem über die Fläche des Kondensators integrierten Helligkeitswert entsprechenden Betrag erhöht wird. Dieses Bild wird dann durch einen Strahl abgetastet, dessen Intensität so bemessen ist, daß sie ausreicht, um in jedem getroffenen Flächenelement die höchstmögliche Änderung der Dielektrizitätskonstante hervorzubringen. Das zu übertragende Bild wird in der Gesamtheit .seiner Helligkeitswerte durch die lichtdurchlässige Metallschicht auf die Leuchtstofffiäche geworfen:, wodurch eine den j ewfiligeri'. Helligkeitswerten entsprechende Änderung ''der Dielektrizi:tätskonstanten des Leuchtstoffes bewirkt wird. Da nun dieser Leuchtstoff als Dielektrikum in einem Kondensator einem frequenzbestimmenden Glied eines Senders zugeordnet ist, ändert sich die Frequenz dieses Senders bei Auftreffen des Bildes entsprechend dessen Gesamthelligkeit. Diese Änderung nimmt einen über die gesamte Helligkeit des Bildes integrierten. Wert ein. Zum übertragen des Bildes wird nun die Leuchtstofffläche durch einen. Licht- oder Elektronenstrahl abgetastet, dessen Intensität so bemessen ist, daß sie ausreicht, in dem jeweils getroffenen Flächenelement die höchstmögliche Änderung der Dielektrizitätskonstanten hervorzubringen. Da nun die Dielektrizitätskonstanten der Flächenelemente bereits durch das Projizieren des Sendebildes eine der Helligkeit der Bildelemente entsprechende Änderung erfahren haben, ist die Änderung durch den abtastenden Strahl gleich der Differenz zwischen der maximalen Änderung und der durch die Helligkeit des von diesem getroffenen Bildelementes bereits bewirkten Änderung. Die durch das Abtasten hervorgebrachte Frequ Lenzmodulation des ; Senders ist also um so größer, j e schwächer das jeweils abgetastete Bildelement belichtet ist und umgekehrt, so daß gewissermaßen ein umgekehrtes (negatives) Bild übertragen wird.A second possibility of image transmission is that the image is projected as a whole onto a coating of the capacitor, thereby reducing its capacitance to a brightness value that corresponds to the brightness value integrated over the area of the capacitor Amount is increased. This image is then scanned by a beam, its Intensity is such that it is sufficient to hit in each surface element bring about the highest possible change in dielectric constant. That too The transmitted image is in its entirety. its brightness values through the translucent Metal layer thrown onto the fluorescent surface: whereby one den j ewfiligeri '. Change in the dielectric constant of the phosphor corresponding to brightness values is effected. Since this phosphor is used as a dielectric in a capacitor frequency-determining member of a transmitter is assigned, the frequency changes this transmitter when the image hits it according to its overall brightness. These Change takes an integrated over the entire brightness of the image. Value a. To transfer the image, the fluorescent surface is now through a. Light or Electron beam scanned, the intensity of which is such that it is sufficient the highest possible change in the dielectric constant in the respective surface element bring forth. Since now the dielectric constants of the surface elements are already by projecting the transmitted image, one that corresponds to the brightness of the picture elements Have undergone change, the change caused by the scanning beam is equal to that Difference between the maximum change and that due to the brightness of this affected image element already effected change. The one produced by scanning Frequency modulation of the; The transmitter is therefore the bigger, the weaker it is scanned picture element is exposed and vice versa, so that to a certain extent a reversed (negative) image is transmitted.

Wie schon oben geschildert, läßt sich durch Verwendung dieser Leuchtstoffe ein weitgehender technischer Fortschritt in bezug auf die Trägheitslosigkeit der übertragung erreichen, da die Frequenzänderung praktisch beliebig schnell einer Helligkeitsänderung folgen kann. Von besonderer Wichtigkeit ist es aber, daß durch die außerordentlich feine Verteilung der Leuchtstoffzentren eine Feinheit des Rasters erreicht wird, wie sie kein mechanisches Verfahren erreichen. kann. Die Verteilung dieser Einzelzentren ist so fein, daß man mindestens von einem molekularen Raster sprechen kann.As already described above, these phosphors can be used a major technical advance in terms of the inertia of the Achieve transmission, as the frequency change is practically as fast as you want Change in brightness can follow. But it is of particular importance that through the extremely fine distribution of the fluorescent centers a delicacy of the grid is achieved in a way that no mechanical process can achieve. can. The distribution this single center is so fine that one can at least from a molecular grid can speak.

Das Verfahren kann nach der Erfindung bei allen gebräuchlichen Bildzerlegungseinrichtungen benutzt werden, gleichgültig ob das Bild durch eine Nipkow-Scheibe, ein Linsensystem- oder Spiegelrad zerlegt wird. Ganz besonders ist auch die Abtastung eines voll aufprojizierten Bildes durch einen Kathodenstrahl gegeben, da die angeführten Substanzen ihre Dielektrizitätskonstanten auch bei Auftreffen dieser Strahlen ändern. Sehr wertvoll ist weiterhin, daß es auch gelingt, ein aufpröjiziertes Röntgenbild direkt weiterzuübertragen, so daß auf der Empfangsseite ein wesentlich helleres :Bild infolge erleichtert, bewegte Röntgenbildr:riu sehen oder filmisch festzuhalten, was ein wesentlicher Fortschritt gegenüber früheren Verfahren auf diesem Gebiete ist.According to the invention, the method can be used with all customary image decomposition devices, regardless of whether the image is decomposed by a Nipkow disk, a lens system or a mirror wheel. The scanning of a fully projected image by a cathode ray is also particularly possible, since the substances mentioned change their dielectric constants even when these rays strike. It is also very valuable that it is also possible to transmit a projected X-ray image directly, so that a significantly brighter image as a result on the receiving side makes it easier to see moving x-ray images or to record them on film, which is a significant advance over previous methods in this area.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Condenser for converting radiant energy in electrical energy, especially for remote image transmission, its dielectric Layer made of a phosphor that changes its dielectric constant when irradiated consists, characterized in that the usual additives of potassium or sodium chloride are replaced by those bad-guiding additions that are as isomorphic as possible behave towards zinc sulfide.

2. Capacitor according to claim i, characterized in that that the phosphor made of zinc sulfide and a luminous metal, preferably copper, under the use of. Magnesium fluoride is produced as a melt additive.

3. Procedure for the production of the capacitor according to claim i or 2, characterized in that that the dielectric layer forming phosphor by melting in one high-pressure furnace filled with inert gases and, if necessary, polishing to one transparent, smooth plate is shaped. q ..

Procedure for remote image transmission by means of the capacitor according to claim i or 2, characterized in that the The broadcast image is gradually projected onto the surface using a known image splitter and the changes in capacitance that occur when each picture element strikes according to the type of frequency or amplitude modulation.

5. Procedure for remote image transmission by means of the capacitor according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the transmission image is projected as a whole onto the surface and onto it is scanned by means of an electron beam, the intensity of which is sufficient, at an unexposed point the maximum change in the Bring dielectric constant.

6. Facility for the remote image transmission process using a photocapacitor according to claim or 5, characterized in that that the photocapacitor is switched on in a transmission circuit in such a way that it is its Frequency affected.