DE1900637A1 - Photo receiver with a light-sensitive layer arranged behind a glass wall - Google Patents
Photo receiver with a light-sensitive layer arranged behind a glass wallInfo
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Photoempfänger mit hinter einer Glaswand angeordneter lichtempfindlicher Schicht.Photo receiver with a light-sensitive layer arranged behind a glass wall.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Photoempfänger, der eine im wesentlichen ebene Wand aus lichtdurchlässigem Material, z.B. Glas, aufweist, deren Innenseite mit einem Material beschichtet ist, welches beim Lichteinfall Elektronen aussendet. Diese Wand kann ein Teil einer geschlossenen Umhüllung, z.B. einer Glasröhre sein.The invention relates to a photoreceiver, which has a substantially flat wall of translucent material such as glass on the inside thereof is coated with a material that emits electrons when incident light. This wall can be a part a closed envelope, e.g. a glass tube.
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Ein Photoempfänger dieser Art, der z.B. die Form eines Photoelektronenvervielfachers (multiplier) haben kann, kann als Elektronenröhre -angesehen werden, bei der die Kathode durch die lichtempfindliche Schicht dargestellt ist. A photoreceiver of this type, e.g. the form a photoelectron multiplier can have, can be viewed as an electron tube, in which the cathode is represented by the light-sensitive layer.
Ein von außen auf den Photoempfänger gerichteter Lichtstrahl muß zuerst die durchsichtige Wand durchlaufen, bevor das Licht auf die Photokathode auftrift. Wenn das Licht im rechten Winkel zur Wand auftrifft, wird ein großer Teil davon an der Außenseite der Wand und an der Innenseite der Wand reflektiert. Deshalb wird nur ein kleiner Teil des auffallenden Lichtes zum Auslösen von Elektronen aus der photoempfindlichen Schicht verwendet. Dies bedeutet, daß der Wirkungsgrad klein ist.A light beam directed from the outside onto the photoreceiver must first pass through the transparent wall, before the light hits the photocathode. When the light is at right angles to the wall a large part of it will be reflected on the outside of the wall and on the inside of the wall. Therefore only a small part of the incident light is used to release electrons used from the photosensitive layer. This means that the efficiency is small.
Wenn das Licht in einem Winkel von etwa 45° auf die Kathode auffällt, wird ein Teil des Lichtes zwischen der Innen- und Außenseite der Wand hin und her reflektiert, und Jedesmal, wenn das Licht auf die Innenseite trifft, bewirkt ein Teil des Lichtes die Emission von Elektronen aus der Kathode. Hierdurch wird der Wirkungsgrad verbessert, bleibt aber immer noch verhältnismäßig klein, da ein TeilWhen the light hits the cathode at an angle of about 45 °, some of the light is reflected back and forth between the inside and outside of the wall, and each time the light hits the inside, some of the light does the Emission of electrons from the cathode. This improves the efficiency, but it still remains relatively small because a part
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des von außen einfallenden Lichtes an der Außenseite der Glaswand vom Empfänger wegreflektiert wird aufgrund des großen Einfallwinkels. Es wurde jedoch bereits vorgeschlagen, diese Reflektionsverluste dadurch zu verringern, daß man an der Außenfläche der Glaswand ein Prisma befestigt, dessen Längsschnitt die Form eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreieckes hat, wobei die Hypothenusenfläehe des Prismas an der Glaswand an einer Stelle befestigt ist, die vor einem Randbereich der photoempfindlichen Schicht liegt, und wobei eine der Seitenflächen des Prismas in eine von der Mittelachse des Photoempfängers■abgewandte Richtung weist. Ein Lichtstrahl kann jetzt durch das Prisma in einem Winkel von 45° zur Glaswand laufen, ohne daß ei aurUi die Außenfläche der Glaswand reflektiert wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Einfallsrichtung des Lichtstrahles nicht parallel oder übereinstimmend mit der optischen Achse des Photoempfängers ist. Außerdem darf die in Kontakt mit der Glaswand stehende Fläche des Prismas nicht zu groß im Verhältnis zur Wanddicke sein, da sonst das Licht in das Prisma zurück reflektiert würde und verloren ginge. Wenn jedoch aus diesem Grunde das Prisma so kleinof the incident light from outside is reflected away from the receiver on the outside of the glass wall is due to the large angle of incidence. However, it has already been suggested to eliminate this reflection loss by attaching a prism to the outer surface of the glass wall, whose longitudinal section has the shape of a right-angled isosceles triangle, the Hypotenuse surface of the prism is attached to the glass wall at a point which is in front of an edge area of the photosensitive layer, and wherein one of the side surfaces of the prism in a facing away from the central axis of the photoreceiver ■ Direction. A beam of light can now pass through the prism at an angle of 45 ° to the glass wall run without the ei aurUi the outer surface of the Glass wall is reflected. However, this arrangement has the disadvantage that the direction of incidence of the The light beam is not parallel or coincident with the optical axis of the photoreceiver. In addition, the area of the prism in contact with the glass wall must not be too large in proportion the wall thickness, otherwise the light would be reflected back into the prism and would be lost. However, if that is why the prism is so small
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gemacht wird, daß kein Teil des in die Glaswand eintretenden Lichtes in das Prisma zurückreflektiert werden kann, dann sind die Abmessungen des Prismas so klein, daß auch der maximal zulässige Durchmesser des einfallenden Lichtbündels zu klein ist, um die Anordnung praktisch verwendbar zu machen.it is made that no part of the entering the glass wall Light can be reflected back into the prism, then the dimensions of the prism so small that the maximum permissible diameter of the incident light beam is too small, to make the arrangement practically usable.
Durch Verwendung eines Prismas von anderer Form als oben beschrieben, kann man den Lichtstrahl parallel zur Achse des Photodetektors auf die Wand auftreffen lassen, wobei jedoch der Nachteil des sehr begrenzten Strahldurchmessers immer noch vorhanden ist,By using a prism of a different shape than that described above, one can see the light beam hit the wall parallel to the axis of the photodetector, but with the disadvantage of very limited beam diameter is still present,
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, an einem Photoempfänger der beschriebenen Art Mittel vorzusehen, welche einen wesentlich größeren Durchmesser des eintreffenden Lichtbündels gestatten und mit dem es möglich ist, den Lichtstrahl im rechten Winkel auf den zentralen Bereich der Glaswand, auf der die photoempfindliche Schicht aufgebracht ist, auftreffen zu lassen.It is therefore an object of the invention to a photoreceiver of the type described means provide which allow a much larger diameter of the incident light beam and with which it is possible to direct the light beam at right angles to the central area of the glass wall, on which the photosensitive layer is applied to impinge.
Gemäß der Erfindung ist auf der Außenseite dieser Wand mindestens ein Prisma befestigt. Der HauptschnittAccording to the invention, at least one prism is attached to the outside of this wall. The main cut
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des Prismas hat die Form eines Polygons, mit mindestens zwei parallelen Seiten. Eine diese?parallelen Seiten steht in Kontakt mit der Wand in einem zentralen Bereich vor der lichtempfindlichen Schicht. Zwei der nicht parallelen Seiten des Prismas bilden solche Winkel mit den parallelen Seiten, daß das rechtwinklig an der anderen der beiden parallelen Seiten eintretende Licht teilweise von der einen nicht parallelen Seite zur anderen und von dieser zur Wand und teilweise von der einen nicht parallelen Seite direkt zur Wand so reflektiert wird, daß sowohl das von einer als auf das von beiden nicht parallelen Seiten reflektierte Licht unter etwa 45° auf die Wand auftrifft.of the prism has the shape of a polygon, with at least two parallel sides. One of these? Parallel sides is in contact with the wall in one central area in front of the photosensitive layer. Form two of the non-parallel sides of the prism such angles with the parallel sides that the perpendicular to the other of the two parallel Light entering sides partly from and from one non-parallel side to the other to the wall and partly from the one non-parallel side directly to the wall is reflected in such a way that both the light reflected from one side and the light reflected from both non-parallel sides below approximately 45 ° hits the wall.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die in den Figuren 1 bis 3> drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings in the figures 1 to 3> three different embodiments of the Show invention.
Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Teil einer Umhüllung 1 eines Photoempfängers. Die Umhüllung umfaßt-eine ebene Wand 2 aus lichtdurchlässigem Material, deren Innenseite mit einer Beschichtung 3 aus einem MaterialFig. 1 shows in section part of an envelope 1 of a photoreceiver. The serving includes-one flat wall 2 made of translucent material, the inside of which is covered with a coating 3 made of a material
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versehen ist, welches bei Lichteinfall Elektronen ^imitiert. Der Photoempfänger ist von bekannter Art, und deshalb sind in der Zeichnung die für das Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Teile fortgelassen.is provided, which mimics electrons ^ when incident light. The photoreceiver is well known Kind, and therefore the drawing shows those parts which are not necessary for an understanding of the invention omitted.
Ein Prisma 4 ist in einem mittigen Bereich an der Außenseite der Wand 2 befestigt. Das Prisma hat einen trapezförmigen Schnitt. Die beiden parallelen Seiten sind mit 5 und 6 bezeichnet. Das Prisma 4 ist in beliebiger bekannter Art an der Außenfläche der Wand 2 derart befestigt, daß die kürzere der beiden parallelen Seiten in Kontakt mit der Wand steht. Eine der beiden nicht parallelen Seiten 7 verläuft im rechten Winkel zu den beiden parallelen Seiten, während die andere Seite der beiden nicht parallelen Seiten einen Winkel von 22,5° mit der Senkrechten auf der Wand einschließt. Ein Lichtbündel 9, welches im rechten Winkel an der Seite 6 des Prismas eintritt und innerhalb des Prismas auf die schiefe Seite 8 auftrifft, wird von dieser Seite total-reflektiert und läuft weiter in einer Richtung, die einen Winkel von 4-5° mit der Senkrechten auf die Wand 2 einschließt. Wie man aus der Zeichnung erkennt, tritt ein Teil des so reflektierten Lichtes direkt in die Wand 2 ein,A prism 4 is attached to the outside of the wall 2 in a central area. The prism has a trapezoidal cut. The two parallel sides are labeled 5 and 6. The prism 4 is attached in any known manner to the outer surface of the wall 2 in such a way that the shorter of the two parallel sides is in contact with the wall. One of the two not parallel Sides 7 runs at right angles to the two parallel sides while the other side of the two non-parallel sides forms an angle of 22.5 ° with the vertical on the wall. A light beam 9, which at right angles the side 6 of the prism occurs and strikes the inclined side 8 within the prism, is totally reflected from this side and continues in a direction having an angle of 4-5 ° the perpendicular to the wall 2 includes. As you can see from the drawing, part of the so reflected light directly into the wall 2,
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während ein anderer Teil auf die Seite 1 des Prismas trifft und von dieser in die Wand 2 reflektiert wird. In beiden Fällen tritt das Licht unter einem Winkel von 45° in die Wand ein. Ein Teil des Lichtbündels wird jedoch in Flg. 1 nach oben und der andere Teil nach unten in die Wand 2 reflektiert. Das Licht trifft auf die innere Seite der Wand 2, wobei ein Teil seiner Energie für das Auslösen von Elektronen aus der Schicht 3 verwendet wird. Die in Fig. 1 von der Schicht 3 nach rechts weisenden kleinen Pfeile symbolisieren die auf diese Weise ausgelösten Elektronen. Der nicht zur Auslösung von Elektronen ausgenutzte Teil des Lichtes wird an der inneren Seite der Wand 2 zur Außenseite hin reflektiert und von dort wiederum zur Innenseite, wo es auf andere Stellen der inneren Seite trifft und dort die Auslösung von zusätzlichen Elektronen aus der Schicht 2 bewirkt. Diese fortgesetzten Reflektionen pflanzen sich in Richtung auf den Rand der Wand 2 fort. Da das Prisma 4 mittig an der Wand 2 angeordnet ist, werden sowohl die nach oben (bezüglich Fig. 1) wandernden Reflektionen als auch die nach unten wandernden Reflektionen für die Auslösung von Elektronen ausgenutzt. Wäre das Prisma 4 in der Nähe des Randeswhile another part hits the side 1 of the prism and is reflected by this into the wall 2. In both cases the light enters the wall at an angle of 45 °. However, part of the light beam is shown in Flg. 1 upwards and the other part downwards into the wall 2. The light hits the inner side of the wall 2, part of its energy being used to release electrons from the layer 3. The small arrows pointing to the right from layer 3 in FIG. 1 symbolize the electrons released in this way. The part of the light not used to release electrons is reflected on the inner side of the wall 2 to the outside and from there again to the inside, where it hits other places on the inner side and there causes the release of additional electrons from the layer 2 . These continued reflections propagate towards the edge of the wall 2. Since the prism 4 is arranged centrally on the wall 2, both the reflections migrating upwards (with respect to FIG. 1) and the reflections migrating downwards are used to trigger electrons. If the prism would be 4 near the edge
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der Wand 2 angeordnet, so würde nur etwa die Hälfte des einfallenden Lichtbündels 9 hierfür ausgenutzt.arranged on the wall 2, only about half of the incident light bundle 9 would be used for this purpose.
Die Dicke der Wand 2 ist in Fig. 1 mit a bezeichnet. Die Seite 5 des Prismas 4, die in Kontakt mit der Wand 2 ist, hat die Länge 2a. Man erkennt leicht, daß dann, wenn die Seite 5 eine größere Länge als 2a hätte, ein Teil des an der Innenseite der Wand 2 reflektierten Lichtes wieder in das Prisma eintreten und verloren gehen würde.The thickness of the wall 2 is denoted by a in FIG. 1. The side 5 of the prism 4, which is in contact with the wall 2, has the length 2a. One recognises easily that if the side 5 had a length greater than 2a, part of the on the inside the wall 2 of reflected light would re-enter the prism and be lost.
Wenn die Seiten des Prismas, die in der Figur gezeigten gegenseitigen Proportionen haben, kann man dem Lichtbündel 9 einen Durchmesser von 2a /~2 geben. Die Dicke der Wand 2, d.h. der Wert von a/ ist üblicherweise etwa 1,5 mm, und deshalb kann man dem Lichtbündel 9 einen Durchmesser von 4,2 mm geben. Ein so großer Durchmesser des Lichtbündels ist vorteilhaft, da er leicht mit einem einfachen optischen System erzeugt werden kann. Auch erfordert die Justierung des Photodetektors bezüglich dem optischen System eine geringere Genauigkeit, als wenn das Lichtbündel einen kleineren Durchmesser hat.If the sides of the prism, those shown in the figure have mutual proportions, one can give the light beam 9 a diameter of 2a / ~ 2. The thickness of the wall 2, i.e. the value of a / is usually about 1.5 mm, and therefore one can use the Give light beam 9 a diameter of 4.2 mm. Such a large diameter of the light beam is advantageous, since it can be easily produced with a simple optical system. Also requires adjustment of the photodetector with respect to the optical system has a lower accuracy than when the light beam has a smaller diameter.
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Der Abstand zwischen den beiden parallelen Seiten 5 und 6 sollte aus offensichtlichen Gründen mindestens 4a + 2a ψ~2 betragen.The distance between the two parallel sides 5 and 6 should be at least 4a + 2a ψ ~ 2 for obvious reasons.
Wie man aus Pig. I erkennt, werden einige Teile der Seiten 6 und 7 des Prismas nicht zur Erzielung des gewünschten Effektes ausgenutzt. Es ist deshalb möglich, diejenige Ecke des Prismas wegzulassen, welche durch die Seiten 6 und 7 und die gestrichelte Linie 8 begrenzt wird. In diesem Falle hat der Hauptschnitt des Prismas die Form eines unregelmäßigen Fünfecks.How to get out of Pig. I realize there will be some parts pages 6 and 7 of the prism are not used to achieve the desired effect. It is therefore possible to omit that corner of the prism, which by the sides 6 and 7 and the dashed Line 8 is limited. In this case, the main section of the prism has the shape of an irregular one Pentagon.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Prismen, welche symmetrisch bezüglich einer Senkrechten auf die Wand 2 angeordnet sind. Jedes dieser Prismen hat dieselbe Form wie das Prisma 4 in Fig. 1. Die beiden Prismen 4 und 4a in Fig. 2 sind so angeordnet, daß die von den Seiten β und 7 des Prismas 4 gebildete Kante die entsprechende, von den Seiten 6a und 8a des Prismas 4a gebildete Kante berührt. Der Lichtstrahl fällt mittig auf den Photodetektor. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung kann der Durchmesser des Lichtstrahles offensichtlich auf 4a V"*2 vergrößert werden.Fig. 2 shows an embodiment with two prisms, which are arranged symmetrically with respect to a perpendicular to the wall 2. Each of these prisms has the same shape as the prism 4 in Fig. 1. The two prisms 4 and 4a in Fig. 2 are arranged so that the edge formed by the sides β and 7 of the prism 4, the corresponding edge formed by the sides 6a and 8a the prism 4a formed edge touches. The light beam hits the center of the photodetector. In the In the arrangement shown in Fig. 2, the diameter of the light beam can obviously be increased to 4a V "* 2 will.
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JOJO
Für praktische Zwecke kann es vorteilhaft sein, das Prisma durch einen parallelepipedischen Teil zu verlängern, wie in Fig. 3 gezeigt,- Diese Figur zeigt ebenso wie Fig. 2 zwei Prismen 4 und 4a, welche durch parallelepipedische Teile verlängert sind, die von den Seiten 6, 7, 11, 12 bzw. 6a, 7a, 11a, 12a begrenzt sind. Die Seiten 11 und 12 sind in der Figur durch gestrichelte Linien wiedergegeben, um anzudeuten, daß die parallelepipedischen Teile auch aus einem Stück mit den anderen Teilen des jeweiligen Prismas ausgebildet sein können. Diese parallelepipedischen Verlängerungen können jedoch auch als getrennte Platten ausgebildet sein. Wenn die Anordnung aus zwei Prismen wie in Fig. 2 besteht^, können diese Platten auch zu einer einzigen Platte vereinigt sein (d.h. die Kontaktfläche 12 wird weggelassen).For practical purposes it may be advantageous to extend the prism by a parallelepipedic part, as shown in Fig. 3. This figure, like Fig. 2, shows two prisms 4 and 4a which are extended by parallelepipedic parts extending from the sides 6, 7, 11, 12 or 6a, 7a, 11a, 12a are limited. The sides 11 and 12 are shown in the figure by dashed lines to indicate that the parallelepipedic parts can also be formed in one piece with the other parts of the respective prism. However, these parallelepipedic extensions can also be formed as separate plates. If the arrangement consists of two prisms as in FIG. 2, these plates can also be combined into a single plate (ie the contact surface 12 is omitted).
Es ist auch möglich, ein Prisma von rotationssymmetrischer Form zu verwenden, d.h. ein Prisma, dessen Schnitt in einer zur Wand 2 parallelen Ebene ringförmig ist. Ein Längsschnitt durch eine Anordnung mit einem Prisma von dieser Form wird das gleiche Aussehen wie die in Fig. 2 oder Fig. J5 gezeigte Anordnung haben.It is also possible to have a prism of rotationally symmetrical Shape, i.e. a prism whose section is in a plane parallel to wall 2 is annular. A longitudinal section through an arrangement with a prism of this shape will be the same Appearance like the arrangement shown in Fig. 2 or Fig. J5.
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^ -·..·» j-, fs f\ τη ^ - · .. · »j-, fs f \ τη
Das Prisma wird vorzugsweise aus demselben Material wie die Wand 2 oder zumindestens aus einem Material mit denselben optischen Eigenschaften ausgebildet. The prism is preferably formed from the same material as the wall 2 or at least from a material with the same optical properties.
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