DE1193619B

DE1193619B - Method and screen for converting a longer wave radiation, e.g. B. ultrared radiation, in a wave radiation of shorter wavelength, z. B. visible radiation

Info

Publication number: DE1193619B
Application number: DEG29397A
Authority: DE
Inventors: Richard Emerson Halsted
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1959-04-07
Filing date: 1960-04-06
Publication date: 1965-05-26

Description

Verfahren und Leuchtschirm zur Umwandlung einer längeren Wellenstrahlung, z. B. Ultrarotstrahlung, in eine Wellenstrahlung kürzerer Wellenlänge, z. B. sichtbare Strahlung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Leuchtschirm zur Umwandlung einer insbesondere in Form bildführender Bündel vorliegenden, längeren Wellenstrahlung, z. B. Ultrarotstrahlung in eine Wellenstrahlung kürzerer Wellenlänge, insbesondere sichtbare Strahlung, bei dem außer der umzuwandelnden Strahlung eine Hilfsstrahlung auf einem Leuchtschirm absorbiert wird.Process and luminescent screen for converting a longer wave radiation, z. B. ultrared radiation, into a wave radiation of shorter wavelength, z. B. visible Radiation The invention relates to a method and a fluorescent screen for Conversion of a longer one, in particular in the form of image-guiding bundles Wave radiation, e.g. B. Ultrared radiation into a wave radiation of shorter wavelength, in particular visible radiation, in which, in addition to the radiation to be converted, one Auxiliary radiation is absorbed on a fluorescent screen.

Es ist bereits bekannt, auf einen Leuchtstoff ein Röntgenbild zu werfen und diesen dadurch zur Lumineszenz anzuregen. Wenn ein solcher Leuchtstoff anschließend langwelliger Wärmestrahlung ausgesetzt wird, gibt er blitzartig die gespeicherte Strahlungsenergie ab. Die Wärmestrahlung, die auch durch starke elektrische oder magnetische Felder ersetzt werden kann, dient dabei lediglich der Auslösung, ohne daß die Wellenlänge der abgegebenen Strahlung durch die zusätzliche Wärmestrahlung verändert wird.It is already known to cast an X-ray image onto a phosphor and to stimulate this to luminescence. If such a phosphor subsequently If long-wave thermal radiation is exposed, it releases the stored one in a flash Radiant energy. The thermal radiation, which is also caused by strong electrical or Magnetic fields can be replaced, is only used for triggering, without that the wavelength of the radiation emitted by the additional thermal radiation is changed.

Eine Anwendung einer Hilfsstrahlung ist auch in Verbindung mit Photoleitern, z. B. mit gewissen Zinksulfiden bekannt. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Stoffe, die z. B. mit sichtbarem Licht und infraroter Strahlung bestrahlt werden, hängt davon ab, ob die Wellenlänge der infraroten Strahlung größer oder kleiner als 820 mg ist.An application of auxiliary radiation is also in connection with photoconductors, e.g. B. known with certain zinc sulfides. The electrical conductivity of these substances, which z. B. be irradiated with visible light and infrared radiation, depends on whether the wavelength of the infrared radiation is greater or less than 820 mg.

Ein Ziel der Erfindung ist die Ausnutzung einer Hilfsstrahlung bei einem die Wellenlänge elektromagnetischer-Strahlung verändernden Strahlungsumwandler in der Weise, daß die Wellenlänge der abgegebenen Strahlung im Vergleich mit der der einfallenden Strahlung durch die Hilfsstrahlung verkürzt wird.One aim of the invention is to make use of an auxiliary radiation a radiation converter that changes the wavelength of electromagnetic radiation in such a way that the wavelength of the emitted radiation in comparison with the the incident radiation is shortened by the auxiliary radiation.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden die umzuwandelnde längenwellige Strahlung und die Hilfsstrahlung, deren Wellenlänge kürzer als die der umzuwandelnden Strahlung, aber länger als die der umgewandelten Strahlung ist, gleichzeitig auf dem Leuchtschirm absorbiert. Vorzugsweise wird der Leuchtschirm während der Bestrahlung auf einer Temperatur gehalten, die in der Größenordnung des flüssigen Stickstoffes liegt. Zur Ausführung des Verfahrens kann der Leuchtschirm vorzugsweise aus einem Leuchtstoff der Zink-Cadmium-Quecksilber-Sulfoselenid-Tellurid-Gruppe und/oder aus mit Kupfer aktiviertem Cadmiumsulfid bestehen, das nach einem Verfahren hergestellt ist, bei dem die Bildung von Schwefelfehlstellen herabgesetzt wird.In the method according to the invention, the lengthwise wave to be converted Radiation and the auxiliary radiation, the wavelength of which is shorter than that of the one to be converted Radiation, but longer than that of the converted radiation, at the same time absorbed by the luminescent screen. The luminescent screen is preferably used during the irradiation kept at a temperature on the order of liquid nitrogen lies. To carry out the method, the luminescent screen can preferably consist of one Phosphor of the zinc-cadmium-mercury-sulfoselenide-telluride group and / or made of with copper activated cadmium sulfide, which is manufactured by a process in which the formation of sulfur vacancies is reduced.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist allgemein auf die Umwandlung von Wellenstrahlung einer gewissen Wellenlänge in Wellenstrahlung von kürzerer Wellenlänge anwendbar; das folgende Ausführungsbeispiel bezieht sich jedoch auf die häufigste Anwendungsmöglichkeit, nämlich auf die Umwandlung von Strahlung im nahen Infrarot in sichtbares Licht. Mitunter möchte man z. B. einen warmen Gegenstand optisch wahrnehmen, der Strahlung im infraroten Bereich des Spektrums mit beträchtlicher Intensität, aber kein sichtbares Licht emittiert.The method according to the invention is generally based on conversion from wave radiation of a certain wavelength into wave radiation of shorter wavelength applicable; however, the following embodiment relates to the most common Possible application, namely the conversion of radiation in the near infrared in visible light. Sometimes you want to z. B. visually perceive a warm object, the radiation in the infrared range of the spectrum with considerable intensity, but emits no visible light.

Zum besseren Verständnis des Verfahrens gemäß der Erfindung sei die Figur näher erläutert.For a better understanding of the method according to the invention is the Figure explained in more detail.

An Hand der Figur soll die Erfindung näher erläutert werden. Die in der Figur dargestellte Vorrichtung 1 enthält einen Leuchtschirm B, dessen eine Seite als Lichtfilter 3 ausgebildet ist. Es ist vorteilhaft, wenn der Leuchtschirm aus einem Leuchtstoff der Zink-Kadmium-Quecksilber-Schwefel-Selenid-Tellurid-Gruppe besteht, wie z. B. aus mit Kupfer aktiviertem Kadmiumsulfid, das durch ein Verfahren hergestellt ist, das die Bildung von Schwefelfehlstellen vermindert. Um eine maximale Empfindlichkeit und Betriebssicherheit zu erreichen, wird der Leuchtschirm auf einer geeignet niedrigen Temperatur gehalten, was erreicht werden kann durch Eintauchen des Leuchtschirms und des Filters 3 in ein Bad von flüssigem Stickstoff 4, der sich in einem Behälter 5 befindet. Um den Kühlmittelverlust und die Kondensation von Dampf auf der Außenseite des Behälters möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, in den Wänden des Behälters einen evakuierten Zwischenraum 6 vorzusehen, wodurch eine thermische Isolation zwischen dem Inneren des Behälters und seinen äußeren Oberflächen gegeben ist. Der Leuchtschirm 2 befindet sich in einer solchen Lage, daß er durch Licht von einer Hilfsquelle 7 beleuchtet wird. Die Hilfsquelle 7 ist im Ausführungsbeispiel eine Glühlampe. Ein geeignetes Lichtfilter 8 ist der Hilfsquelle vorgelagert. Dieses Lichtfilter 8 läßt nur Strahlung im gewünschten Bereich des Lichtspektrums durch; beispielsweise wird nur Strahlung mit einer längeren Wellenlänge als 9000 A durchgelassen. Der Leuchtschirm 2 wird gleichzeitig durch Strahlung von der nachzuweisenden Quelle belichtet, die irgendeine Quelle sein kann, die Strahlung in einem beliebigen Bereich des Spektrums emittiert oder reflektiert. Im Ausführungsbeispiel ist eine Infrarotlampe 9 gezeigt, die eine undurchlässige Oberfläche 10 besitzt, in der ein dreieckförmiger Bereich 11 für das von der Lampe erzeugte Licht durchlässig ist. Im Ausführungsbeispiel bildet also der Bereich 11 die effektive Lichtquelle, die nachgewiesen werden soll. Das vom Bereich 11 ausgehende Licht wird auf den Leuchtschirm 2 durch eine Linse 12 fokussiert. Auf dem . Leuchtschirm 2 entsteht ein umgekehrtes Bild des Bereiches 11. Dieses Bild wurde durch das gestrichelte Dreieck 13 angedeutet, da es nicht sichtbar ist.The invention will be explained in more detail with reference to the figure. The device 1 shown in the figure contains a luminescent screen B, one side of which is designed as a light filter 3. It is advantageous if the phosphor screen consists of a phosphor of the zinc-cadmium-mercury-sulfur-selenide-telluride group, such as. B. from copper activated cadmium sulfide, which is produced by a process that reduces the formation of sulfur voids. In order to achieve maximum sensitivity and operational safety, the luminescent screen is kept at a suitably low temperature, which can be achieved by immersing the luminescent screen and the filter 3 in a bath of liquid nitrogen 4 located in a container 5. In order to keep the loss of coolant and the condensation of steam on the outside of the container as low as possible, it is advisable to provide an evacuated space 6 in the walls of the container, which provides thermal insulation between the interior of the container and its outer surfaces. The luminescent screen 2 is in such a position that it is illuminated by light from an auxiliary source 7. The auxiliary source 7 is an incandescent lamp in the exemplary embodiment. A suitable light filter 8 is placed in front of the auxiliary source. This light filter 8 only allows radiation in the desired area of the light spectrum to pass; for example, only radiation with a wavelength longer than 9000 A is transmitted. The luminescent screen 2 is simultaneously exposed to radiation from the source to be detected, which can be any source which emits or reflects radiation in any region of the spectrum. In the exemplary embodiment, an infrared lamp 9 is shown which has an impermeable surface 10 in which a triangular area 11 is permeable to the light generated by the lamp. In the exemplary embodiment, the area 11 thus forms the effective light source that is to be detected. The light emanating from the area 11 is focused on the luminescent screen 2 through a lens 12. On the . Luminescent screen 2 creates an inverted image of the area 11. This image was indicated by the dashed triangle 13 , since it is not visible.

Nach der Erfindung ist der Leuchtschirm 2 empfindlich für Bestrahlung, die gleichzeitig durch Licht der Quelle 7 und der Quelle 11 erfolgt, um Licht einer Wellenlänge zu erzeugen, die kürzer ist als die Wellenlänge des Lichts, das von einer dieser beiden Quellen stammt. In einem derartigen Leuchtschirm existieren drei Energiezustände. Elektronenübergänge können erfolgen zwischen dem Zustand geringster Energie und dem Zustand mittlerer Energie, und zwar in Abhängigkeit von der Anregung durch die Bestrahlung mit der Quelle 7. Übergänge von dem Zustand mittlerer Energie zu dem Zustand höchster Energie könnten in Abhängigkeit von der Anregung durch die Bestrahlung durch die Quelle 11 erfolgen. Danach erfolgt ein Übergang zwischen dem höchsten der drei Energiezustände zu einem anderen Energiezustand, der der unterste der drei möglichen sein kann, wobei Strahlung einer Wellenlänge ermittelt wird, die kürzer ist als die des Lichts von jeder der beiden Quellen 7 oder 11. Da die Energiezustände, zwischen denen Übergänge auftreten können, von der Art sind, daß der mittlere Energiezustand eine kleinere Energiedifferenz bedeutet als die Hälfte der Energiedifferenz zwischen dem niedrigsten und höchsten der drei Zustände, kann das Licht von der Hilfsquelle 7 keine Übergänge zwischen dem mittleren Energiezustand und dem höchsten Energiezustand verursachen. deshalb kann Licht dann nicht ausgestrahlt werden, wenn die Belichtung des Leuchtschirms 2 nicht gleichzeitig durch beide Lichtquellen erfolgt.According to the invention, the luminescent screen 2 is sensitive to radiation, which takes place simultaneously by light of the source 7 and the source 11 to light a Generate wavelength that is shorter than the wavelength of light coming from one of these two sources comes from. Exist in such a luminescent screen three energy states. Electron transitions can take place between the lowest state Energy and the state of medium energy, depending on the stimulation due to the irradiation with the source 7. Transitions from the state of medium energy to the state of highest energy could depend on the excitation by the Irradiation through the source 11 take place. Then there is a transition between the highest of the three energy states to another energy state, the lowest of the three possible, whereby radiation of one wavelength is determined, which is shorter than that of the light from either source 7 or 11. Since the Energy states between which transitions can occur are of the kind that the mean energy state means a smaller energy difference than half the energy difference between the lowest and highest of the three states, can the light from the auxiliary source 7 does not have any transitions between the mean energy state and cause the highest energy state. therefore light cannot then be emitted when the exposure of the phosphor screen 2 is not simultaneously by both light sources he follows.

Es wird darauf hingewiesen, daß die jeweilige Wellenlänge des Lichts der Quelle 7 kein besonderes Problem bei der Ausführung der Erfindung darstellt, da es lediglich erforderlich ist, daß die Belichtung den Übergang zwischen zwei der drei Energiezustände hervorruft und daß die Bestrahlung keine Übergänge hervorruft, die eine Erzeugung von Licht zur Folge haben, das innerhalb des Intervalls des Spektrums liegt, innerhalb dessen das gewünschte vom Leuchtschirm 2 erzeugte Licht auftritt. Ferner darf das von der Hilfsquelle 7 ausgesandte Licht nicht in diesem Intervall liegen. Deshalb darf bei dieser Erfindung das Licht von der Quelle 7 in jedem Bereich des Spektrums liegen, wenn nur gewährleistet ist, daß die Überlagerung mit dem nachzuweisenden Licht eine vom Leuchtschirm ausgehende Strahlung erzeugt, die geeignet ist, mit empfindlicheren Nachweismaterialien zu arbeiten als mit denen, die für das nachzuweisende Licht direkt benutzt werden können.It should be noted that the respective wavelength of the light from the source 7 is not a particular problem in carrying out the invention, since it is only necessary that the exposure causes the transition between two of the three energy states and that the irradiation does not produce any transitions which result in the generation of light which lies within the interval of the spectrum within which the desired light generated by the luminescent screen 2 occurs. Furthermore, the light emitted by the auxiliary source 7 must not lie in this interval. Therefore, in this invention, the light from the source 7 may be in any range of the spectrum, if it is only ensured that the superimposition of the light to be detected generates a radiation emanating from the luminescent screen which is suitable for working with more sensitive detection materials than with those which can be used directly for the light to be detected.

Die Empfindlichkeit der Vorrichtung kann dadurch noch weiter erhöht werden, daß ein Lichtverstärker entweder im Strahlengang zwischen der Quelle 11 und dem Schirm 2 und/oder im Strahlengang zwischen dem Schirm 2 und der Bildwandlerröhre 14 vorgesehen wird. Der Verstärker kann beispielsweise aus einem lichtempfindlichen Material bestehen, das zwischen zwei leitfähige Schichten gelegt ist, an die eine Spannung angelegt wird.The sensitivity of the device can thereby be increased even further be that a light amplifier either in the beam path between the source 11 and the screen 2 and / or in the beam path between the screen 2 and the image converter tube 14 is provided. The amplifier can, for example, consist of a light-sensitive Material that is placed between two conductive layers, to one of which Voltage is applied.

Um ein sichtbares Bild der Lichtquelle 11 zu erzeugen, ist ein Bildwandler 14 vorgesehen. Er ist empfindlich für das vom Leuchtschirm 2 ausgestrahlte Licht. Das vom Leuchtschirm 2 ausgestrahlte Licht wird durch das Filter 3 filtriert, das in den Strahlengang zwischen dem Schirm und dem Bildwandler 14 liegt, damit nur Licht von der Wellenlänge zum Bildwandler 14 gelangt, für das er empfindlich ist. Zur Fokussierung dieses Lichts ist im Strahlengang eine Linse 15 vorgesehen.In order to generate a visible image of the light source 11, an image converter 14 is provided. It is sensitive to the light emitted by the luminescent screen 2. The light emitted by the luminescent screen 2 is filtered by the filter 3, which lies in the beam path between the screen and the image converter 14, so that only light of the wavelength to which it is sensitive reaches the image converter 14. A lens 15 is provided in the beam path to focus this light.

Der Bildwandler besteht aus einer allseitig verschlossenen evakuierten Hülle aus Glas oder einem anderen geeigneten Material und besitzt eine nach außen gewölbte Wand 16, die dem Licht vom Leuchtschirm 2 ausgesetzt ist. Innerhalb der Hülle befindet sich auf der inneren Oberfläche der Wand 16 eine lichtempfindliche Schicht 17, die in Abhängigkeit von dem vom Leuchtschirm 2 ausgesandten Licht Elektronen emittiert. Die Elektronen werden zu einer kathodolumineszierenden Schicht 18 geführt, die sich auf der Innenseite der anderen Wand 19 der Hülle befindet. Die beiden Schichten sind mit einer Spannungsquelle 20 verbunden. Der positive Pol der Spannungsquelle ist mit der Schicht 19 und der negative Pol mit der Schicht 17 verbunden.The image converter consists of an evacuated one that is closed on all sides Sheath made of glass or another suitable material and has an exterior curved wall 16 which is exposed to the light from the fluorescent screen 2. Within the Sheath is on the inner surface of the wall 16 a photosensitive Layer 17, depending on the light emitted by the luminescent screen 2, electrons emitted. The electrons are guided to a cathodoluminescent layer 18, which is on the inside of the other wall 19 of the envelope. The two layers are connected to a voltage source 20. The positive pole of the voltage source is connected to layer 19 and the negative pole to layer 17.

Da die Lichtemission des Leuchtschirms 2 abhängig ist von der Beleuchtung durch die Quelle 11 und da die Emission des Schirms 17 von ihrer Beleuchtung abhängt, wird das Bild 21 entsprechend der Lichtquelle 11 auf dem Schirm 19 reproduziert. Die Linse 15 bewirkt die Umkehr des nicht sichtbaren Bildes 13. Deshalb besitzt das Bild 21 dieselbe Lage wie die Quelle 11. Since the light emission of the fluorescent screen 2 depends on the illumination by the source 11 and since the emission of the screen 17 depends on its illumination, the image 21 is reproduced on the screen 19 corresponding to the light source 11. The lens 15 reverses the invisible image 13. The image 21 therefore has the same position as the source 11.

Gemäß der Erfindung besitzt das vom Leuchtschirm 2 emittierte Licht eine Wellenlänge, welche die Auswahl eines Materials gestattet, das viel mehr nützliche Elektronen pro einfallendem Lichtquant erzeugt als ein Schirm, der für die Strahlung empfindlich ist, die unmittelbar von der Quelle 11 ausgesandt wird. Das ganze Nachweissystem besitzt einen hohen Wirkungsgrad und deshalb eine sehr hohe Empfindlichkeit, zumal auch der Schirm 2 für das von der Quelle 11 empfangene Licht sehr empfindlich ist.According to the invention, the light emitted by the luminescent screen 2 has a wavelength which allows the selection of a material which generates many more useful electrons per incident light quantum than a screen which is sensitive to the radiation emitted directly by the source 11. The entire detection system has a high efficiency and therefore a very high sensitivity, especially since the screen 2 is also very sensitive to the light received from the source 11.

Als spezielle Verkörperung der Erfindung, die zum Nachweis von infraroter Strahlung mit Wellenlängen kleiner als 9000A geeignet ist, sei eine Anordnung erwähnt, bei der die Lichtquelle 7 eine Glühlampe ist und das Filter 8 die Eigenschaft besitzt, nur Licht von einer größeren Wellenlänge als 9000 A durchzulassen. Unter diesen Voraussetzungen erzeugt der Leuchtschirm 2 bei gleichzeitiger Bestrahlung durch diese Quellen Licht von etwa 4950 bis 5650 A im grünen Bereich des sichtbaren Spektrums.As a special embodiment of the invention, the detection of infrared Radiation with wavelengths less than 9000A is suitable, an arrangement should be mentioned, in which the light source 7 is an incandescent lamp and the filter 8 has the property only light from a wavelength greater than 9000 A to pass. Under these conditions, the luminescent screen 2 generates with simultaneous irradiation by these sources light of about 4950 to 5650 A in the green range of the visible Spectrum.

Neben dem Nachweis von längeren Wellenlängen oder von Infrarotlicht bestehen viele Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung. So kann z. B. unter geeigneten Bedingungen ein Apparat konstruiert werden, bei dem eine Glühlampe als Lichtquelle vorgesehen ist, um einen Teil deren infraroter Strahlung auszunutzen. Die sonst verlorene infrarote Strahlung kann so zur Herstellung von sichtbarem Licht verwandt werden. Ferner kann das allgemeine Prinzip des Zusammenwirkens elektromagnetischer Strahlung und der Anregung elektrischer Felder, dessen Folge die Verstärkung des Lichtes ist, bei den nach der Erfindung konstruierten Apparaten verwandt werden, um deren Wirksamkeit zu erhöhen.In addition to the detection of longer wavelengths or infrared light there are many uses for the invention. So z. B. under suitable Conditions an apparatus can be constructed in which an incandescent lamp as a light source is provided in order to use part of their infrared radiation. The other lost infrared radiation can thus be used to produce visible light will. Furthermore, the general principle of interaction can be electromagnetic Radiation and the excitation of electric fields, the consequence of which is the amplification of the Light is used in the apparatus constructed according to the invention, to increase their effectiveness.

Claims

Claims: 1. Method for converting a particular into Form image-guiding bundle present, longer wave radiation, z. B. Ultrared radiation, into a wave radiation of shorter wavelength, especially visible radiation, in addition to the radiation to be converted, an auxiliary radiation on a fluorescent screen is absorbed, characterized in that the radiation to be converted and the Auxiliary radiation whose wavelength is shorter than that of the radiation to be converted, but longer than that of the converted radiation, simultaneously on the fluorescent screen be absorbed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Luminous screen (2) is kept at a temperature in the order of magnitude of the liquid nitrogen.

3. luminescent screen for performing the method according to claims 1 and 2, characterized in that the luminescent screen (2) consists of a phosphor of the zinc-cadmium-mercury-sulfoselenide-telluride group, such as. B. consists of cadmium sulfide activated with copper, which is produced by a process in which the formation of sulfur voids is reduced. Considered publications: German Patent Nos. 658 295, 716 858, 863 535, 1002 481; U.S. Patent No. 2,818,511.