DE2448793A1 - Elektronische bildverstaerker- oder bildwandlerroehre und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Elektronische bildverstaerker- oder bildwandlerroehre und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Bildwiedergabeanordnung mit Nahfokussierung
• Die Erfindung betrifft elektronische Bildwiedergaberöhren, insbesondere eine Nahfokussxerungsverbesεerung
in den erwähnten Röhren und ein Verfahren zur Verwirklichung
dieser Verbesserung,
Derartige Röhren enthalten u.a. eine Fotokathode, die unter dem Einfluss eines Lichtstrahles Elektronen
aussendet, die auf einen parallel zur Fotokathode verilaufenden Schirm treffen und in einer zwischen der Fotokathode und dem Schirm angeordneten Mikrokanalplatte mit
Sekundärelektronenernission ggf. zuvor vervielfacht werden.
Bekanntlich haben in einer Fotokathode eine Vielzahl von Elektronen, die aus einem Element mit einer
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-. 7376.
1.10.7**.
— 2 —
lich.tempfin.dlich.en. Oberfläche heraustreten, eine transversale
Geschwindigkeitskomponente, die eine nicht senkrecht auf der Oberfläche gerichtete Bahn bestimmt. Die Bahnen
der erwähnten Elektronen sind dabei parabolisch und erzeugen am Schirm oder am Eingang der Mikrokanalplatte
einen Kreis, der grosser ist als das Element mit der lichtempfindlichen Oberfläche selbst. Je grosser der
Abstand zwischen der Fotokathode und dem Schirm oder dem Eingang der Platte, desto grosser ist dabei der
erwähnte Kreis, was eine proportionale Verringerung der Röhrenauflösung ergibt.
Faktisch ist die Auflösung bei einer Nahfokussierung der Quadratwurzel der Beschleunigungsspannung
proportional und dem Abstand zwischen den Elektroden umgekehrt proportional. Bei hoher Auflösung begrenzen
das Spaniiungsverhalten der Elektroden, die elektrischen
Durchschlagspannungen zwischen den Elektroden, die Feldemission und die technologischen Schwierigkeiten die
Möglichkeiten zum Verwirklichen äusserst kleiner Abstände zwischen den Elektroden,
Die französische Patentschrift Nr, 1 579
enthält einen Vorschlag zum Beseitigen der Beschränkungen
in einer eine Fotokathode und einen Leuchtschirm enthaltenden Röhre, Die Fotokathode der erwähnten Röhre
enthält eine Anzahl nebeneinander angeordneter, ungefähr
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beckenförraiger Ausnehmungen mit geringem Querschnitt,
Der Schirm befindet sich in einem geeigneten Abstand
von der Fotokathode, damit das elektronische Bild jeder Bodenfläche der erwähnten Ausnehmungen am Schirm unter
dem Einfluss der zwischen der Fotokathode und dein Schirm angelegten elektrischen Spannung gebildet wird. Die
Folge davon ist, dass der Abstand zwischen der Fotokathode •und dem Schirm dabei verhältnismässig gross sein, kann,
und hohe elektrische Spannungen zwischen den Elektroden zulässig -sind·
Die Erfindung behandelt das gleiche Problem, bezieht sich aber auf Bildwiedergaberöhren, in denen
gleichfalls eine Milcrokanalplatte zwischen der Fotokathode
und dem Schirm vorgesehen ist.
Erfindungsgemäss weist die Fotokathode an der
Oberfläche gleichfalls eine Anzahl beckenförmiger Ausnehmungen auf, die die elektronische Emission in einer
Reihe an der Eingangsoberfläche der Milcrokanalplatte
befindlicher Punkte konzentriert, wobei die Verteilung dieser Punkte an die Verteilung der Mikrokanäle im
Plattenmaterial angepasst ist. Um eine bessere Wirkung der Anordnung, insbesondere hinsichtlich der Auflösung
und der Empfindlichkeit, zu erzielen, ist eine zweigliedrige TJebereinstimmung zwischen den emittierenden
Elementen und der Fotokathode einerseits und den Mikro-
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kanälen der Platte andererseits verwirklicht. Die Anzahl
emittierender Elemente entspricht der Anzahl Mikrokanäle und jedes Element befindet sich dem Eingang eines Mikrokanals
gegenüber, wobei die Konzentration der elektronischen
Emission jedes Elementes am Eingang des gegenüber diesem Element befindlichen Mikrokanals auftritt.
Auf diese Weise vergrössert sich der Abstand zwischen der Fotokathode und der Mikrokanalplatte ähnlich
wie in der Patentschrift Nr, 1 579 065 hinsichtlich des Abstandes zwischen der Fotokathode und dem Schirm, Die
Uebereinstimmung zwischen der beckenförmigen Ausnehmung
und dem Mikrqkanal bezieht sich auf Abstände, die dennoch ausserst klein sind, und zwar in der Grössenordnung von
einigen zehn Mikron, Anderseits muss mit einer gewissen Unregelmässigkeit in der Positionierung der Mikrokanäle
in der Kanalplatte gerechnet werden. Dies erschwert die Verwirklichung der beckenförmigen Ausnehmungen und die
Uebereinstimmung zwischen den Ausnehmungen und den Kanälen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Uebereinstimmung mit hoher Präzision zu verwirklichen. Die
Erfindung betrifft Bildwiedergabeanordnungen mit Fotokathoden von dem in Zellen verteilten Typ und gleichfalls
mit MikrökanaIplasten geometrisch entsprechender Form
nach bereits oben gegebener Beschreibung. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, ein industrielles Verfahren
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für den Aufbau derartiger Bildwiedergäbeanordnungen und
für die Verwirklichung der erwähnten geometrischen Uebereinstimmung anzugeben,
Erfindungsgemäss wird eine elektronische Bildwiedergabeanordnung
erhalten, die in der nachstehenden Reihenfolge u.a. eine Fotokathode, eine Mikrokanalplatte
mit Sekundärelektroneiiemission sowie einen Leuchtschirm
enthält und dadurch gekennzeichnet ist, dass die emittierende
Oberfläche der Fotokathode eine Anzahl nebeneinander angeordneter beckenförmiger Ausnehmungen mit geringen
Abmessungen aufweist, wobei die nach innen gewölbte Seite der erwähnten Ausnehmungen auf die Mikrokanalplatte gerichtet
ist und wobei eine derartige geometrische Ueberr einstimmung zwischen den erwähnten beckenförmigen Ausnehmungen
und den Kanälen besteht, dass sich jede beckenförniige
Ausnehmung gegenüber einem einzigen Mikrokanal der Platte in einem derartigen Abstand befindet, dass das
elektronische Bild der Bodenfläche der erwähnten Ausnehmung unter dem Einfluss der zwischen der Fotokathode
und der Eingangsfläche der Mikrokanalplatte angelegten
Spannung am Eingang des erwähnten Mikrokanals gebildet
wird. . .
Erfindungsgemäss wird gleichfalls ein Verfahren zum Verwirklichen einer Fotokathode mit den erwähnten
Ausnehmungen und zum Verbinden einer derartigen Fotokathode
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mit der Mikrokanalplatte auf.eine derartige Weise erhalten,
dass eine Uebereinstimraung zwischen den Aussparungen und den Mikrokanälen erfindungsgemäss verwirklicht ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in den Zeichnungen dargestellter bevorzugter AusfUhrungsformen
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Teilschema, das schematisch einen Querschnitt durch die erfindungsgemässe Bildwiedergabeanordnung
darstellt,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens,
Fig. 3 eine zweite und dritte Ausführungsform es erfindungsgemässen Verfahrens, und
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens,
Fig. 1 zeigt schematisch in vergrössertem Massstab einen Querschnitt durch einen Teil einer Fotokathode
1, einer Mikrokanalplatte 2 mit Sekundärelektronenemission und eines Leuchtschirmes 3·
Die Fotokathode 1 enthält eine Anzahl beckenförmiger
Ausnehmungen 4, 5» 6, und 7» deren nach innen
gewölbte Seite auf die Mikrokanalplatte gerichtet ist und welche Ausnehmungen sich in der erwähnten Reihenfolge
gegenüber den Mikrokanälen 8, 9, 10 und 11 befinden.
Unter dem Einfluss geeigneter Potentiale (in der
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1.10.7*l·.
2U8793
Figur nicht dargestellt, sondern aus der Technik bekannt),
die der Fotokathode, den Eingangs- und Ausgangsflächen der Mikrokanalplatte und dem Schirm zugeführt werden,
laufen die Bahnen der von jeder der Ausnehmungen der Fotokathode ausgesandten Elektronen nahezu inneinem
Punkt 12 am Eingang des entsprechenden Mikrokanals zusammen.
In Fig. 1 sind die erwähnten Bahnen mit 4a, 4b
und 4c bezeichnet,- Die Folge davon ist, dass jeder Mikro- :
kanal nur diejenigen Elektronen empfängt und vervielfacht, die vom gegenüber diesem Mikrokanal befindlichen Fotokathodenoberflächenelement
erzeugt werden, was unter übrigens gleichbleibenden Umständen selbstverständlich
die Auflösung des Systems verbessert.
In den Fig. 2, 3 und 4 sind schematisch drei Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens zum
Erhalt der Uebereinstimmung zwischen jerler beckenförmigen
Ausnehmung und dem Mikrokanal und des Zusammenfallens dieser beiden Elemente dargestellt.
Das Verfahrensprinzip besteht in einem Beitrag der Mikrokanalplatte beim Anbringen des beckenförmigen
Ausnehmungen, Die erwähnte. Platte und das Fotokathodensubstrat werden einander in unmittelbarer Nähe gegenübergestellt.
Die Mikrokanäle haben eine Richtungsfunktion beim Einwirken des Aetzmittels auf das Fotokathodensubstrat
zur Bildung der erwähnten beckenförmigen Ausnehmungen.
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Bei einer in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird von einer durchsichtigen Glasplatte
21 ausgegangen, die als Fotokathodensubstrat dient und gegenüber der Mikrokanalplatte 22 und in ihrer unmittelbaren
Nähe entsprechend der Positionierung in einer
Bildwiedergaberöhre angeordnet wird, die mit der herzustellenden Fotokathode und der erwähnten Platte 22 aufgebaut
werden wird. Die Glasplatte 21 und die Platte 22 werden mit Hilfe nicht dargestellter Mittel in einer
richtigen Lage gehalten. Um zu erreichen, dass in den verschiedenen Durchführungsphasen des Verfahrens die
Glasplatte auf die gleiche Weise in bezug auf der Mikrokanalplatte positioniert werden könnte, weisen diese
beiden Teile einige Markierungen auf, die in Zusammenarbeit mit anderen mechanischen Mitteln benutzt werden.
Die von der Glasplatte und der Mikrokanalplatte gebildete Ganzheit wird in einem Vakuumraum 23
angeordnet. In diesem Raum ist ein Verbindungsstück 2h vorgesehen, das durch einen Dichtungshahn 26 abgeschlossen
wird, der die Verwirklichung in dem erwähnten Raum entweder des erforderlichen Vakuums oder einer
geeigneten Atmosphäre mit bestimmtem Unterdruck gewährt. Zur Bildung der "Zellen" an der Oberfläche des Substrats
wird in der Röhre eine Vakuumatmosphäre erzeugv, z.B.
Argon. Unter dem Einfluss des elektrischen Potentials,
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das über die Klemmen Zk und 25 zwischen den Oberflächen
der Mikrokanalplatte angelegt wird und mehrere kV beträgt, ' bilden sich in den Mikrokanälen Ionen, die in der
Richtung der Glasplatte 21 beschleunigt werden und dort auftreffen« Daraus ergibt sich eine Glaszerstäubung an
der Oberfläche der Glasplatte 21 gegenüber jedem Mikrolcanal und gleichfalls die Bildung der erwähnten beckenförmigen
Ausnehmungen. Wenn die Glaszerstäubung zum Erhalt der für die Ausnehmungen gewünschten Tiefe ausreicht,
wird das Substrat von der Mikrokanalplatte getrennt. Durch einen bekannten Vorgang erhält diese Platte
ihre fotoemissiven Eigenschaften auf der Fläche mit den
durch Zerstäubung erzielten Ausnehmungen, Am Ende dieses Vorgangs wird die Glasplatte abermals gegenüber der
Mikrokanalplatte angeordnet. Nach der in Vakuum durchzuführenden
Bildung der Fotokathode darf dieses Vakuum beim Anordnen der Fotokathode in der Röhre nicht verloren
gehen. Es ist somit klar, dass bei dem erfindungsgemässen
Verfahren während der oben beschriebenen Vorgänge bekannte Einrichtungen verwendet werden, die keine Bestandteile
der Erfindung sind. Einige davon sind z.B. in den US-Patentschriften Nr. 3 243 627 und 3 026 163 beschrieben
und erlauben in einer gleichen Vakuumänordnung, die gleichen Vorgänge an unterschiedlichen Elementen einer
selben elektronisChen Röhre durchzuführen und die erwähnten
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Elemente zusammenzustellen, ohne dass zwischen den aufeinanderfolgenden Vorgängen das Vakuum verloren geht.
Im vorliegenden Falle ist eine derartige Anordnung ausserdem mit Mitteln versehen, die es beim
Zusammenbauen ddr Elemente der elektronischen Röhre
erlauben, die Fotokathode in bezug auf die Mikrokanalplatte derart anzuordnen, dass jede Ausnehmung oder
Zelle mit dem entsprechenden Kanal der Mikrokanalplatte
zusammenfällt, und wobei es gleichfalls möglich ist, die erforderlichen Kontrollen vorzunehmen, bei denen die
erforderliche Genauigkeit z.B. einige Mikron beträgt.
Es ist z.B. möglich, die Mikrokanalplatte an der richtigen Stelle in der elektronischen Röhre anzuordnen,
während die als Substrat dienende Glasplatte,
die das Eingangsfenster der erwähnten Röhre bildet, mit
Hilfe einer mechanischen Einrichtung mit Markierungen und Anschlagnocken auf der Glasplatte und auf dem Röhrenkörper
an einem der Enden des Röhrenkörpers in bezug auf die Mikrokanalplatte erst positioniert wird. Nach
der Bildung der beckenförmigen Ausnehmungen im Glas kann
auf diese Weise die Glasplatte nach dem Entfernen, um den erwähnten. Ausnehmungen die gewünschte fotoelektrisch^
Empfindlichkeit zu geben, auf die geeignete Weise in die
ursprüngliche Stellung in bezug auf die Mikrokanalplatte zurückgebracht werden,
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Eine andere Methode zum Positionieren des
Fotokathodensubstrats (Glasplatte) in bezug auf die Mikrokanalpiatte
besteht in der Befestigung des erwähnten Substrats auf einem der Enden'des .Röhrenkörpers, wobei
das erwähnte Ende verformbar ist und danach die Glasplatte in ihrer eigenen Ebene in bezug auf die Mikrokanalplatte
geradlinig bewegt werden kann; das Positionieren der Platte erfolgt durch die Verschiebungen mikrometrischer
Schrauben und durch eine gleichzeitig ausgeführte Kontrolle mit Hilfe eines Mikroskops, wobei dem erwähnten verformbaren
Ende nach dem Abgleich die erforderliche Steifheit gegeben wird.
Eine andere Lösung ist die Verwendung eines
Verschlusses der Röhre mit Hilfe einer flüssigen Dichtung,
z.B. mit Gallium zwischen dem Röhrenkörper und dem Fotokathodenglas. In diesem Falle kann dem Glas auf dem
Röhrenstück eine geeignete geradlinige Bewegung erteilt werden, ohne damit die Verschlussgute des Raumes zu beeinträchtigen;
dieser Vorgang kann in der umgebenden Atmosphäre erfolgen. Nach dem Abgleich mit Hilfe eines
Mikroskops wird das Glas auf dem Röhrenkörper mittels eines härtenden Harzes oder eines Zements mechanisch
blockiert.
Nach einer in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemässen
zweiten Ausführungsform bildet ein durchsichtiges
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Glas das Fotokathodensubstrat, welches Glas in einem,
bestimmten Spektrumband lichtempfindlich ist. Ein derartiges
Glas ist z.B. dasjenige, was unter dem Namen "Fotoforni" verfügbar ist. Dieses Glas ist empfindlich
für Ultraviolettstrahlung. Wie im Falle nach Fig. 2 wird eine Platte 31 aus Fotoformglas gegenüber und parallel
zu einer Mikrokanalplatte 32 angeordnet, wobei die auf
diese Weise erzielte Positionierung gemäss der ersten Ausführungsform des Verfahrens festgelegt wird. Die Mikrokanäle
dienen dabei zum Zuführen des ultravioletten Lichtes an das Fotoformglas. Dazu wird eine Ultraviolettlichtquelle
33 an einem der Brennpunkte eines Hohlspiegels 3^
angeordnet, der die Lichtstrahle in einer Richtung zurückstrahlt,
die zur Achse der Mikrokanäle parallel verläuft, wie es beispielsweise mit den Strahlen 35 und
in der Figur der Fall ist.
Das die Mikrokanäle durchfliessende und von
diesen Kanälen geführte Licht beeinflusst das Fotoformglas, das sich gegenüber den Enden der Mikrokanäle befindet,
wodurch ein genaues Bild der Mikrokanalstruktur der Platte 32 erzeugt wird.
Durch fotographisches Entwickeln der Substratoberfläche,
die der Lichtstrahlung ausgesetzt war, und durch Aetzen ist es möglich, das Glas teilweise an den
Stellen, die der Strahlung ausgesetzt waren, zu lösen,
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1.10.72U
- 13 -
um auf diese Weise die beckenförmigen Ausnehmungen oder
Zellen zu erhalten. Die auf diese Weise gebildete Glasoberfläche
wird danach auf die im vorigen Beispiel angegebene Weise fotoemittierend gemacht. Die Glasplatte wird
darauf in bezug auf die Mikrokanalplatte auf die bereits
beschriebene Weise und unter den gleichen physikalischen Bedingungen zurückgestellt.
Nach, einer dritten Ausführungsform, die von der
zweiten hergeleitet ist, ist das Fotokathodensubstrat nicht aus Fotoformglas, sondern aus gewöhnlichem Glas
gebildet, auf dem ein'Harz oder ein fotoempfindlicher
Lack angebracht ist. Es wird dabei eine Quelle verwendet, die normales Licht aussendet. Nach dem Entwickeln der
Schicht, ist das Harz oder der Lack an den mit Licht bestrahlten Stellen gegenüber den Mikrokanälen verschwunden,
Das Glas wird darauf an den erwähnten Stellen z.B, mit
fluorierten Verbindungen gelöst.
Nach einer vierten Ausführungsform des Verfahrens
wird das Fotokathodensubstrat durch einen flachen dünnen Glasstreifen gebildet, der aus dem gleichen Faserbündel
geschnitten ist, aus dem auch die Mikrokanalplatte erhalten wird. Ursprünglich enthalten die Mikrokanäle
des Faserbündels eine Menge Kernglas. Dieses Kernglas hat
sowohl geeignete Lösungseigenschaften als auch den geeigneten optischen Index, der dem Index des elektrisch-
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leitenden Glases angepasst ist, das den Mantel der Mikrokanäle
für eine gute Uebertragung des durch die Kanäle geführten Lichtes bildet. Aus einem derartigen Bündel
werden zwei aufeinanderfolgende Stücke ausgeschnitten. Diese Stücke werden mit den erforderlichen Markierungen
versehen, um diese Stücke auf der gleichen Längenachse bringen zu können und auf diese Weise die beiden Mikrokanalhälften
zusammenfallen zu lassen. Ein Stück 41 in Fig. 4 wird behandelt und auf die klassische Weise
durchbohrt, um eine Rb'hrenkanalplatte für Elektronenvervielfachung
zu erhalten; ein anderes Stück 42, von dem eine der Flächen die getreue Wiedergabe einer der Flächen
des Stückes 41 ist, wird durch optische Fasern gebildet. Eine der Flächen 43 des erwähnten Stückes 42 ist poliert,
wonach nur das Kernglas jedes Mikrokanals chemisch leicht angegriffen wird, um Ausnehmungen oder Zellen zu erhalten,
wie die Ausnehmung oder Zelle 44 am Ende jedes Kanals. Die auf diese Weise bearbeitete Oberfläche wird empfindlich
gemacht, um dieser Oberfläche die gewünschten fotoemissiven Eigenschaften zu erteilen.
Das Stück 42 wird danach erneut auf genaue Weise und unter Zuhilfenahme der auf den Stücken 41 und 42
angebrachten Markierungen vor der Platte 41 angeordnet, um auf diese Weise jede ausgehöhlte Faser mit dem ent~
sprechenden durchbohrten Mikrokanal der- Mikrokanalplatte
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1.10.74.
- 15 -
1.10.74.
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zusammenfallen zu lassen; das Empfindlichmachen des
Substrats und das Zusammenbauen der Elemente der Röhre erfolgt auf eine Weise und unter Bedingungen, die der bereits zuvor gegebenen Beschreibung entsprechen.
Substrats und das Zusammenbauen der Elemente der Röhre erfolgt auf eine Weise und unter Bedingungen, die der bereits zuvor gegebenen Beschreibung entsprechen.
Das Stück 42 erfüllt dabei in der Wiedergaberöhre die Funktion einer optischen Faser, durch die das vom
wiederzugebenden Bild- ausgesandte Licht bis zur Fotokathode mit den Ausnehmungen 44 geführt wird.
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Claims (1)
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Oberfläche, und dass das physikalisch-chemische Beeinflussungsmittel
durch aus den Kanälen heraustretende Ionen gebildet wird.
4, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Substrat fotoempfindlich oder mit einer fotoempfindlichen Substanz beschichtet ist, wobei die erwähnte
Substanz und die Mikrokanalplatte gegenübereinander und
in unmittelbarer Nähe voneinander angeordnet sind, und dass das verwendete Beeinflussungsmittel für das Substrat
ein fotochemisches Mittel enthält, das durch Licht angestrahlt wird, das durch eine an der vom Substrat abgewandten
Plattenoberfläche angeordnete Quelle ausgestrahlt und durch die Mikrokanäle geführt wird, wobei die der
Lichtstrahlung ausgesetzten Substratstellen fotographisch entwickelt und die unbelichteten Substratstellen danach
dem Einfluss eines rein chemischen Aetzmittels ausgesetzt werden»
5# Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem für Ultraviolettstrahlung
empfindlichen Glas gebildet wird und dass die verwendete Quelle ultraviolettes Licht ausstrahlt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem Glas gebildet wird, das mit
einer fotoempfindlichen Substanz beschichtet ist, und dass die Quelle !infiltriertes Licht ausstrahlt.
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7-. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Fotokathodensubstrat eine nicht durchbohrte Faserplatte ist, die dem gleichen Faserbündel entstammt,
aus dem die Mikrokanalplatte hergestellt ist, wobei das
erwähnte Substrat und die erwähnte Faserplatte durch zwei aufeinanderfolgende Stücke des erwähnten Faserbündels
gebildet werden und das Kernglas der Mikrokanäle einen in bezug auf den Index des Mantelglases derartigen
Brechungsindex hat, dass das erwähnte Kernglas in jedem
Mikrökanal des Substrats wie ein Lichtleiter wirkt, und dass das Kernglas des erwähnten Substrats verhältnismässig
leicht wegätzbar ist.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |