CH671483A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schreiben und Speichern von Spuren und Bildern und eine bildspeichernde Mi-krokanalplatteneinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Mehrkanalelektronenvervielfacher, welche oft als Mikrokanal-platten (micro-channel plates; MCP's) bezeichnet werden, sind bekannt; ebenfalls bekannt sind zu einem Paar zusammenge-fasste derartige Einrichtungen, deren Kanäle in nichtparallele Richtungen orientiert sind. Solch eine Einrichtung ist aus dem US-Patent 3 373 380 «Apparat zur Unterdrückung der Ionenrückkopplung bei Elektronenvervielfachen» bekannt (erteilt am 19. März 1968). Es ist ebenfalls seit einigen Jahren bekannt,

sich erweiternde Einlassöffnungen der, auf die Flussrichtung bezogen, hinten liegenden Plattenkanäle vorzusehen, was bei einer bevorzugten Ausführungsart vorliegender Erfindung ebenfalls vorgesehen ist. Es ist ebenfalls bekannt, das Ausgangssignal einer MCP zur Erzeugung (zum Schreiben) einer Spur auf einem phosphorbeschichteten Bildschirm zu verwenden.

Gemäss vorliegender Erfindung kann sowohl das Schreiben mittels des MCP-Ausgangs als auch das selektive Zurückhalten des Schreibens durch ein Paar in Serie geschaltete MCP's bewirkt werden, wobei das Paar mit Mitteln zur Bewirkung regenerativer Arbeitsweise mit Ionenrückkopplung von der einen MCP zu der anderen und mit Mitteln zur selektiven Bewirkung oder Verhinderung der Rückkopplung versehen sein kann. Bei bevorzugten Ausführungsarten weisen die MCP's Kanalachsen auf, welche entlang nichtparalleler Linien verlaufen, die Steuertore der Ionenrückkopplung werden von kleinen Steuerelektroden entlang der Kanalmündungen derjenigen Mikrokanalplatte gebildet, welche hauptsächlich Elektronen empfängt und selektiv positive Ionen zu der anderen Platte zurückführt, und die Steuerelektroden sind von den MCP-Elektroden durch eine dünne Schicht isolierenden, gleichrichtenden Materials getrennt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispielle anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht eines Paares von Mikro-kanalplatten;

Fig. la eine vergrösserte Ansicht eines Teiles von Fig. 1;

Fig. lb, eine vergrösserte Ansicht eines Teiles der Fig. la;

Fig. 2 eine Kurvendarstellung des Sekundäremissionskoeffi-zienten (minus 1) gegenüber der Aufprallenergie der Elektronen;

Fig. 3a eine schaubildliche Darstellung eines Teiles der erfin-dungsgemässen Einrichtung bei bestimmten Betriebszuständen;

Fig. 3b eine Darstellung wie in Fig. 3a in einem weiteren Zustand;

Fig. 4a - 4d schaubildliche Darstellung mit den bei den verschiedenen Zuständen angelegten Spannungen.

In Fig. 1 ist ein Paar Mikrokanalplatten 10 und 12 schematisch dargestellt. Wie in Fig. la und Fig. lb gezeigt, weisen diese in einem Winkel stehende Achsrichtungen auf, gemäss der genannten US-PS 3 373 380.

Jeder Kanal 14 der Mikrokanalplatte 10 wird durch eine Wandung 16 definiert, deren unterer Abschnitt 16a im wesentlichen trichterförmig ist. Am Ende der Mikrokanalplatte 10 in Richtung auf die Mikrokanalplatte 12 sind an der Wandung 16 die MCP-Elektrode 18 und die Steuerelektrode 20 angeordnet. Letztere erstreckt sich im Innern des Kanals über die volle, z.B. in Fig. 3a mit 22 gezeigte Höhe, entlang nur einer Linie im axialen Querschnitt des Kanals. Vom spitz zulaufenden Ende 22 erstreckt sie sich entlang des Umfangs und in Axialrichtung gegen die MCP 12, wie mit der gestrichelten Linie 24 angegeben und endet am Kanalende an der Stelle 26, wo sich zwei schräg abfallende Linien 24 schneiden. Die MCP-Elektrode 18, welche getrennt von der Steuerelektrode 20 liegt, hat eine zu dieser im wesentlichen ähnliche Ausgestaltung und verläuft abgeschrägt, beidseitig einer längsten Ausdehnung (bis zu 28) in Längsrichtung, entlang (nicht gezeigter) Linien, welche sich dort schneiden, zum oberen Ende des kürzeren Abschnitts 30. (In der Schemazeichnung von Fig. 3a und 3b ist die Elektrode 18 aus zeichnerischen Gründen ausserhalb der Wandung 16 gezeigt, was nicht der Realität entspricht.) Zwischen den Elektroden ist eine isolierende und gleichgerichtete Schicht 19 angeordnet, wobei letztere Funktion den Stromfluss verhindert, wenn die Spannung an der Steuerelektrode 20 höher ist. Die metallische Schicht 18 wird auf die MCP 10, die Schicht 10 auf diese, und anschliessend darauf die Schicht 20 aufgetragen (mittels Flammspritzen). Die Schicht 19 entspricht in ihrer Form im wesentlichen der Schicht 20 und hat eine Dicke von 10 Mikrometern und einen spezifischen Widerstandswert in Richtung der

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Innenfläche der Steuerelektrode 20 von 1011 Ohmmetern und eine Dielektrizitätskonstante von 5. Der Ventil (Tor)-Leckstrom beträgt ca, 2,5 Picoamperes und die RC-Zeitkonstante ca. 4,4 Sekunden. Die Oberfläche der Ventilelektrode 20 beträgt 10~9 m2.

Elektroden (nicht dargestellt) gemäss dem bekannten Stand der Technik sind am Ende der MCP 10 und an beiden Enden der MCP 12 vorgesehen.

Im Betrieb können vier Betriebsstufen aufeinanderfolgen.

Zuerst kommt eine Stufe, welche als «Dunkelbildschirmstufe» («dark screen») bezeichnet werden kann, dargestellt in den Fig. 3a und 4a. Wie gezeigt, werden bei diesem Zustand 1000 Volt an die äussere Elektrode der Mikrokanalplatte 10 und -1000 Volt an die äussere Elektrode der MCP 12 angelegt. Null Volt Spannung wird an die anderen Elektroden angelegt. Dies bewirkt, dass in die MCP 12 eintretende Elektronen weniger vervielfacht werden, als wenn der Spannungsabfall über dieser Platte grösser wäre, und der Spannungsabfall von null Volt zwischen den MCP's bewirkt, dass die aus der MCP 12 austretenden Elektronen weniger Energie aufweisen als wenn die Spannung an der MCP 12 Elektrode nahe MCP 10 reduziert würde, wie in Fig. 4b gezeigt. Demgemäss ist die totale Aufprallenergie (E in Fig. 2) der auf die Elektrode 20 aufprallenden Elektronen geringer als diejenige entlang Linie 40, wobei der Sekundäremissionskoeffizient der Elektrode 20 eins ist; dies bedeutet, dass die Elektrode 20 netto Elektronen gewinnt, da sie mehr empfängt als sie abgibt, so dass ihre Spannung auf null Volt, oder ein wenig tiefer, sinkt. In diesem Zustand lenkt sie im Abschnitt von MCP 10, welcher relativ zur Steuerelektrode 20 entfernt von der MCP 12 liegt, erzeugte positive Ionen, welche durch das übliche Feld in Längsrichtung (gezeigt mit Pfeil 42) auf die MCP 12 hin beschleunigt werden, ab, so dass positive Ionen nicht in die Kanäle der MCP 12 eintreten, um unter diesen Bedingungen einen regenerativen Betriebszustand zu erzeugen.

Wird eine zweite (Schreib-) Stufe gewünscht, so werden die Spannungen an MCP 12 geändert, wie in Fig. 4b gezeigt, so dass die bisher —1000 Volt betragende Spannung nun —1600 Volt beträgt und die null Volt betragende Spannung nun -100 Volt beträgt. Die erste Änderung erhöht die Vervielfachung in der MCP 12 wesentlich, während die zweite die Energie jedes auf die Elektrode 20 der MCP 10 fallenden Elektrons erhöht, so dass die Elektrode 20 nun netto ein Verlierer von Elektronen wird (der Sekundärelektronenemissionskoeffizient liegt nun rechts von der mit «1» bezeichneten vertikalen Linie in Fig. 2), und ihre Spannung auf ca. 25 Volt steigt. Der erzielte Effekt ist in Fig. 3b schematisch gezeigt: Positive Ionen werden nun in die Kanäle der MCP 12 geführt, dies aufgrund der positiven Spannung an der Elektrode 20, so dass unter allen Umständen ein selbsterhaltender Zustand in bezug auf die Elektronen eingenommen wird (erzeugt durch die Ionen in der MCP 12), welche daraufhin von der MCP 12 in die MCP 10 fliessen. Wie bekannt, kann eine Mikrokanalplatte auf verschiedene Weise selbsterhaltend (auch «regenerativ» genannt) werden, unter an-

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derem durch Erhöhung der Feldstärke oder der Kanallänge in Längsrichtung; in einem selbsterhaltenden Zustand ergibt sich ein kontinuierliches Ausgangssignal des Systems trotz Beendigung des Eingangssignals in das System. Dies wird auch als «Einschalten» (turn-on) bezeichnet und gilt nach dem Stand der Technik als unerwünscht und ist zu vermeiden.

Die vertikalen Linien «A» und «B» in Fig. 2 sind Linien, bei denen grosse Stabilität herrscht, mit seitlichem Nettola-dungstransport zwischen der Oberfläche des Ventils 20 und dem Vakuumvolumen, so dass das Ventilmaterial geringe elektrische Leitverbindung zur Kanalwandung benötigt. Im Zustand A ist das Oberflächenpotential aufgrund der Primärelektronenan-sammlung gefallen, bis die abstossende Potentialdifferenz weitere Elektronenansammlung verhindert; im Zustand B ist das Oberflächenpotential gestiegen, bis es das Kollektorpotential (Vc) geringfügig übersteigt, bei welcher Höhe das kleine Hemmpotential (Vb - Vc) den effektiven Sekundäremissionskoeffizient nahezu zu Eins reduziert, durch Umkehrung der langsameren Sekundäremittenten, wobei Potentialgleichgewicht erreicht wird.

Wird es gewünscht, ein derart geschriebenes Bild aufrechtzuerhalten, so kann eine Haltestufe eingenommen werden. Dazu werden Spannungen angelegt, wie in Fig. 4c gezeigt; diese sind identisch zu jenen, welche in der ersten Stufe verwendet worden sind. Da dabei auf der Steuerelektrode 20 die positive Spannung auf etwa 25 Volt belassen wird, wird dabei das bereits geschriebene Bild an seinem Platz festgehalten. Wird das Einnehmen der vierten Stufe, bzw. der Löschstufe, gewünscht, so werden Spannungen gemäss Fig. 4d angelegt, wobei alle Spannungen auf Null liegen ausser derjenigen der MCP 12 auf der von der MCP 10 entfernten Seite, welche bei —1500 Volt liegt. Reduktion der Wandungs- («Kollektor»-; Fig. 2) Spannung der MCP 10 auf Null bewirkt, dass die Steuerelektrode 20 ihre positive Spannung verliert, so dass das System einen Betriebszustand wie in Fig. 3a annimmt. Die tiefere Spannung von -1500 Volt als an der selben Elektrode für die Dunkelstufe bewirkt eine schnellere Löschrate.

Wird die Schicht 19 gleichrichtend gemacht wie angegeben, z.B. durch Einbau eines pn-Übergangs, so verbessert dies den Betrieb, da verhindert wird, dass die Elektrode 20 unterhalb des Massepotentials betrieben wird, wenn die Einrichtung im Dun-kel- oder Löschzustand ist.

Die dielektrische Schicht 19 kann geeignet von verschiedenen Materialien gebildet werden, wie z.B. von einem niedrigalkalischen Gas, wie das bekannte CGW 1724. Das Ventil 20 besteht vorzugsweise aus einer 1 Mikrometer dicken Schicht einer Silber-Magnesium Legierung, wobei die Oberfläche zur erhöhten Sekundärelektronenemission oxydiert ist (Konstante ca. 5 bei einer Aufprallspannung von 100). Die isolierende Schicht 19 muss nicht notwendigerweise gleichrichtend sein. Im Dunkel-und Löschzustand kann es wünschbar sein, an die der MCP 12 nahegelegenen Elektrode der MCP 10 eine geringe negative Spannung anzulegen, um die Energie der auf die Steuerelektrode aufprallenden Elektronen weiter zu reduzieren.

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2 Blätter Zeichnungen

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Schreiben und Speichern von Spuren und Bildern, gekennzeichnet durch Einführen von Elektronen an einem ersten Ende einer ersten Mikrokanalplatte, Vervielfachen der Elektronen in der ersten Mikrokanalplatte, Einführen von Elektronen von der ersten Mikrokanalplatte in eine zweite Mikrokanalplatte, Erzeugen eines gegenläufigen Flusses positiver Ionen in der zweiten Mikrokanalplatte und selektives Leiten des positiven Ionenflusses in die Kanäle oder weg von den Kanälen der ersten Mikrokanalplatte.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluss positiver Ionen durch ein Element aus sekundäremittierendem Material geleitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Mikroplattenelektroden an jedem Ende jeder Mikroplatte Spannungen angelegt werden, um das Material selektiv mit Elektronen von solcher Energie zu beaufschlagen, dass sich ein Emissionskoeffizient ergibt, welcher selektiv kleiner als eins oder grösser als eins ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 zum selektiven Speichern eines Mikrokanalplattenausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, dass selektiv ein regenerativer Betriebszustand bewirkt wird.
5. 5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Mikrokanalplatte und eine zweite Mikrokanalplatte, welche in Serie liegende Kanäle aufweisen, und Steuermittel zur selektiven Beeinflussung der Rückkopplung von der einen Platte zu der anderen Platte.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalachsen der einen Platte nicht parallel zu den Kanalachsen der anderen Platte liegen.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle der einen Platte selektiv steuerbare Tore zur Beeinflussung des Durchflusses ladungstragender Materie aufweisen.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tore von Sekundärelektronen emittierendem Material gebildet werden, und dass Mittel vorgesehen sind, welche das selektive Betreiben des Materials zwischen Elektronenemissionskoeffizienten kleiner und grösser als eins erlauben.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Platte zur Abgabe von Elektronen an die andere Platte angeordnet ist, wobei die Tore an den der einen Platte zugewandten Eingängen der anderen Platte angeordnet sind.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material nur teilweise entlang des Umfangs der Mündungen der Kanäle der anderen Platte erstreckt.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrokanalplatte eine Mikrokanalwandung aufweist, und dass das Material von der Mikrokanalwandung durch eine Schicht getrennt ist, deren Widerstand geringer ist als derjenige des Materials und der Wandung.