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Die Erfindung betrifft eine Bildwiedergabeanordnung mit einer
Bildwiedergaberöhre mit einem Wiedergabeschirm und einem dem Schirm zugewandten
Elektronenstrahlerzeugungssystem sowie mit einer um eine elektronenoptische Achse
zentrierte Kathode und einer Anzahl von Elektroden, die zusammen einen
strahlformenden Teil zum Erzeugen eines auf den Schirm gerichteten Strahls bilden, das
Elektronenstrahlerzeugungssystem außerdem eine rohrförmige Struktur aus Isoliermaterial mit
einer Außenfläche und einer Innenfläche enthält, auf der ein Material mit einem hohen
elektrischen Widerstandswert angebracht ist, aus diesem Material eine spiralförmige
Widerstandsstruktur gebildet wird, die eine Fokussierlinse zum Fokussieren des
Elektronenstrahls bildet, und die rohrförmige Struktur einen koaxialen Eingangsanteil
und einen koaxialen Ausgangsanteil enthält.
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Aus EP-A-0 275 611 ist eine Fokussierlinse bekannt, die aus einer
hochohmigen Widerstandsschicht und mit einer spiralförmigen Struktur zum Erhalten
einer niedrigen sphärischen Aberration zur Verwendung in Bildwiedergaberöhren
aufgebaut ist.
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Korrekturelemente in der hochohmigen Widerstandsschicht können auch
vor, zwischen oder hinter der Fokussierlinse gebildet werden, und diese Elemente
erzeugen elektrische Mehrpole (wie z.B. 2-Pole, 4-Pole, 6-Pole und 8-Pole). Es zeigt
sich jedoch, daß Probleme auftreten, wenn diesen Korrekturelementen ein dynamisches
Korrekturelement zugeführt werden muß. Der sehr hohe Widerstandswert der
Widerstandsschicht (der Widerstandswert je Quadrat spezifischer Schichten kann zwischen 10&sup6;
und 10&sup8; Ohm liegen) verursacht Probleme bei der Zufuhr dynamischer
Korrektursignale, insbesondere wenn die Frequenz des Korrektursignals 16 kHz überschreitet. Dies ist
die Folge der niedrigen eigentlichen RC-Zeit der Schicht.
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Da das Material der Widerstandsschicht einen so hohen elektrischen
Widertandswert hat (beispielsweise 10 gX), ist die RC-Zeit lange (beispielsweise 10
ms). Hierdurch dringt der Effekt einer dynamischen Korrekturspannung kaum in die
Widerstandsstruktur durch. Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine
Bildwiedergaberöhre
mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einer Fokussierlinse
eingangs erwähnter Art zu schaffen, die sich zur Verwendung dynamischer Korrekturen
eignet.
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Diese Aufgabe wird derart gelöst, daß ein Koaxialkorrekturelement zum
dynamischen Korrigieren des Elektronenstrahls aus dem Material mit einem hohen
elektrischen Widerstandswert an einer Stelle zwischen dem koaxialen Eingangsanteil und
koaxialen Ausgangsanteil gebildet ist, während die Außenfläche mit einem
Elektrodenmittel aus elektrisch gut leitendem Material gegenüber dem Korrekturelement
angeordnet ist, und das Elektrodenmittel, das Korrekturelement und das Isoliermaterial
zwischen dem Elektrodenmittel und dem Korrekturelement einen Kondensator bilden,
und Spannungsspeisemittel zum Anlegen
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- einer statischen Fokussierspannung an die Widerstandsstruktur, und
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- einer dynamisch änderbaren Spannung an das Elektrodenmittel zum kapazitiven
Steuern des Korrekturelements über den Kondensator zur Durchführung der
dynamischen Korrektur des Elektronenstrahls vorgesehen werden.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die dynamisch änderbare
Spannung mit einer Metallelektrodenstruktur an der Außenseite der Röhre kapazitiv
eingekoppelt ist, die auf ihrer Innenseite die hochohmige Widerstandsschicht enthält, in
der das Korrekturelement gebildet wird. Diese Elektrodenstruktur hat vorzugsweise eine
an die Form des Korrekturelements angepaßte Form und kann als Blatt oder Folie oder
auch als Aufdampfschicht angebracht werden. Es erscheint möglich, auf diese Weise
dynamische Korrektursignale bis zu Frequenzen im MHz-Bereich zu verwenden.
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Ein derartiges Korrekturelement kann insbesondere, aber nicht
ausschließlich, zwischen dem Eingangsanteil und/oder dem Ausgangsanteil der
rohrförmigen Struktur und der Fokussierlinse angeordnet werden.
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Wenn entsprechend eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels die
Korrekturelemente über einen hochohmigen Widerstand - beispielsweise über einen
Mäander in der hochohmigen Widerstandsschicht - mit einer die gewünschte
Gleichspannung führende Verbindung verbunden sind, können sie statisch das richtige
Potential haben, ohne daß die Verwendung einer getrennter Durchführung durch den
Kolben erforderlich ist.
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemaßen Bildwiedergabeanordnung
werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemaße
Bildwiedergabeanordnung mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einem
kapazitiv steuerbaren Korrekturelement,
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Fig. 2 eine Ansicht eines Längsschnitts durch ein geeignetes
Elektronenstrahlerzeugungssystem zur Verwendung in der Röhre nach Fig. 1,
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Fig. 2A Verbindungen zwischen Korrekturelektroden,
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Fig. 3 ein mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem vom Typ nach
Fig. 2 erzeugbares Fokussierfeld,
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Fig. 4 eine Abwandlung einer erfindungsgemaßen Bildwiedergaberöhre in
einem Querschnitt,
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Fig. 5, 6, 7 und 8 schematische Ausführungsbeispiele eines Teils des
Korrekturelements nach Fig. 1.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung enthält eine Kathodenstrahlröhre u.a.
mit einem Glaskolben 1, der aus einem Wiedergabefenster 2, einem konischen Anteil 3
und einem Hals 4 besteht. In diesen Hals ist eine Anzahl von Elektrodenstrukturen 8, 9
aufgenommen, die zusammen mit einer Kathode 7 den strahlformenden Teil eines
Elektronenstrahlerzeugungssystems bilden. Die elektronenoptische Achse 6 des
Elektronenstrahlerzeugungssystems ist gleichfalls die Kolbenachse. Ein Elektronenstrahl 12
wird aufeinanderfolgend von der Kathode 7 und den Elektrodenstrukturen 8, 9 gebildet
und beschleunigt. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet eine rohrförmige Struktur, deren
Innenseite mit einer Spiralstruktur eines Materials mit einem sehr hohen elektrischen
Widerstandswert versehen ist und eine Fokussierlinse 11 bildet, die den Strahl auf
einem Wiedergabeschirm 14 an der Innenseite des Wiedergabefensters 2 fokussiert.
Abhängig von der Art und Weise der Zufuhr der Spannungen kann die Fokussierlinse
zum Beispiel vom Äquipotentialtyp, vom Bipotentialtyp oder vom Tripotentialtyp sein.
Im Fall einer Bipotentiallinse betragen die angelegten Spannungen zum Beispiel
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Kathode 7 50 V
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Elektrode 8 0 V
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Elektrode 9 500 V
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Eintrittsseite der Fokussierlinse 11 7 kV
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Austrittsseite der Fokussierlinse 11 30 kV.
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Der Elektronenstrahl 12 wird mittels eines Ablenkspulensystems 5 über den
Wiedergabeschirm von der Achse 6 abgelenkt. Der Wiedergabeschirm 14 enthält eine
Leuchtstoffschicht,
die mit einem dünnen Aluminiumfilm bedeckt ist, der über eine leitende
Beschichtung 13 auf der Innenwand des konischen Anteils 3 mit dem Ende der
Elektrode 11 verbunden ist.
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In Fig. 3 ist schematisch ein Beispiel eines Fokussierlinsenfelds
dargestellt, das mit der Fokussierlinse 11 erzeugbar ist. Die gebogenen Linien stellen die
Schnittlinien der Äquipotentialebenen dar, die in der Zeichenebene durch Anlegen eines
Spannungsunterschieds an den Enden der Spiralwiderstandsstruktur erzeugt werden.
Jede Äquipotentialebene stellt Punkte mit einem gleichen Brechungsindex dar. Die Mitte
der Linse ist der Punkt A. Die Brennweiten f&sub1; und f&sub2; sind die Abstände zwischen dem
Fokus F&sub1; und der ersten Hauptfläche H&sub1; bzw. der Abstand zwischen dem Fokus F&sub2; und
der zweiten Hauptfläche H&sub2;. Die Brennpunkte F&sub1; und F&sub2; befinden sich in den
Abständen F'&sub1; bzw. F'&sub2; von der Mitte A. Allgemein enthält eine Fokussierlinse einen
Anteil mit einem Konversionseffekt, gefolgt von einem Anteil mit einem divergierenden
Effekt.
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In Fig. 1 befindet sich die Fokussierlinse 11 teilweise im Feld der
Ablenkspulen, da dies für das Auflösungsvermögen der Wiedergaberöhre 1 vorteilhaft
ist. Jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf eine derartige gegenseitige
Positionierung.
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Die Erfindung ist in allen Bildwiedergabeanordnungen mit
Kathodenstrahlröhren unter Verwendung von Magnetablenkung, und insbesondere in
Projektionsfernsehwiedergabeanordnungen verwendbar.
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In Fig. 2 ist mit weiteren Einzelheiten ein
Elektronenstrahlerzeugungssystem vom geeigneten Typ zum Verwenden in der Wiedergaberöhre nach Fig. 1
dargestellt. Der betreffende Typ enthält einen rohrförmigen (Glas-)Kolben 15. Auf der
Innenseite des Kolbens 15 ist eine hochohmige Widerstandsschicht 16 angebracht, die
mit einer Spiralstruktur 17 nahe bei einem Ende angeordnet ist und ein
Fokussierlinsenfeld bildet, wenn eine geeignete elektrische Spannung an die Enden gelangt. Die
hochohmige Widerstandsschicht 16 kann beispielsweise Glasemail mit einer geringeren
Menge (beispielsweise einige Gew. %) an Metalloxidteilchen (insbesondere
Ruthenoxidteilchen) sein. Die Schicht 16 kann eine Dicke zwischen 1 und 10 um haben,
zum Beispiel 3 um. Der Widerstand je Quadrat einer derartigen Schicht ist von der
Konzentration des Metalloxids und von der Einbrennbehandlung abhängig, die die
Schicht erfährt. In der Praxis werden Widerstandswerte je Quadrat zwischen 10&sup4; und
10&sup8; X
verwirklicht. Ein gewünschter Widerstandswert je Quadrat ist durch Einstellen
der betreffenden Parameter verwirklichbar. Ein Widerstand je Quadrat in der
Größenordnung von 10&sup6; bis 10&sup7; X eignet sich besonders für diese Anwendung. Der
Gesamtwiderstand der in der Schicht 16 gebildeten Spiralstruktur (die eine ununterbrochene
Spirale oder eine Anzahl getrennter, durch Segmente - 4 im Beispiel nach Fig. 4 - ohne
Spiralstruktur verbundener Spiralen sein kann) kann in der Größenordnung von 10 GX
liegen, was bedeutet, daß ein Strom von mehreren Mikroamperen den Enden bei einem
Spannungsunterschied von 30 kV durchfließt.
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Das Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Fig. 2 enthält einen
strahlformenden Teil 18, der allgemein eine Kathode 19, eine Gitterelektrode 20 und die Anoden
21 enthält. Die Bauteile des strahlformenden Teils 18 können im rohrförmigen Kolben
15 der Fokussierlinse 1 angebracht werden, wie im Strahlerzeugungssystem nach Fig. 2.
Auf andere Weise können sie außerhalb des rohrförmigen Kolbens der Fokussierlinse in
der Wiedergaberöhre beispielsweise durch ihre Befestigung an axialen Glas-Keramik-
Montagestäben angebracht werden. Der rohrförmige Kolben 15 kann auf vorteilhafte
Weise durch den Hals der Wiedergaberöhre gebildet werden. Eine derartige
Wiedergaberöhre 22 ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. In diesem Fall wird eine hochohmige
Widerstandsschicht mit einer eine Fokussierlinse bildenden Spiralstruktur 23 auf einem
Teil der Innenseite des Kolbens 24 der Widergaberöhre 22 angebracht.
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Für verschiedene Zwecke können dynamische Korrektursignale angelegt
werden müssen. Beispielsweise müssen in einem Projektionsfernsehsystem die roten und
blauen Röhren mittels sog. Trapezkorrekturen in bezug auf die grüne Röhre konvergiert
werden. Dies erfolgte bisher mittels Magnetkorrekturen sowohl auf den Horizontal- als
auch den Vertikalfrequenzen (Sägezahn oder Parabol). Zu diesem Zweck werden kleine
Konvergenzspulen verwendet, die an der Kathodenseite der Ablenkspule angeordnet
sind. Der Nachteil dieses Systems ist, daß die erforderliche Energie zum Erzeugen von
Konvergenzströmen ziemloch hoch ist.
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Wenn der Fokussierabschnitt eines Elektronenstrahlerzeugungssystems
sich bis zum Ablenksystem erstreckt, ist es erforderlich, den Elektronenstrahl mit Hilfe
eines Quadripols dynamisch, um Astigmatismus zu vermeiden, und/oder mit Hilfe eines
dynamischen Dipols für entgegengesetzte Vorablenkung zu korrigieren, um Koma
auszugleichen. Diese Korrekturen können mit einer dynamisch gesteuerten magnetischen
Mehrpolspule ausgeführt werden, aber dies hat dieselben Nachteile wie die
Konvergenzspulen.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Möglichkeit der Erzeugung dieser
Korrektur- oder Konvergenzfelder mit Elektroden, die in einem anderen Teil der
hochohmigen Widerstandsschicht gebildet sind als in dem Teil, in dem die
Fokussierlinse gebildet wird. Der hohe Widerstand dieser Schicht (R = 10 MOhm je Quadrat) kann
zum kapazitiven Einkoppeln der dynamischen Korrektursignale mit einer
Metallelektrode auf der Außenseite des Glaskolbens verwendet werden.
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In Fig. 1, 2 und 4 ist ein Achtpol als Beispiel derartiger
Korrekturelektroden dargestellt, der zwischen der Vorfokussierspirale und der Hauptiinse in Form
eines in acht (gleichen) axialen Segmente 26, 26', usw. aufgeteilten Zylinders
angeordnet ist. Dieser Achtpol hat eine ginge 1 von 17 mm und einen Radius R von 5 mm.
Jeder Segment ist vorzugsweise an der Vorder- und an der Rückseite über einen in der
Widerstandsschicht gebildeten Mäander 27, 27' mit der Fokussierelektrode 17
verbunden (Fig. 2A). Bei einem Widerstandswert je Quadrat von 10 MOhm kann der
Widerstandswert dieser Verbindung zwischen 1 MOhm und 1 GOhm durch Anpassen
der Mäanderform geändert werden. Die Kapazität jedes Achtpolsegments nach einer
Elektrode auf der Außenseite des Glaskolbens ist
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Bei einer Glasdicke d = 1 mm und ε&sub2; = 5 ergibt dies eine Kapazität von 2,6 pF. Das
bedeutet, daß die RC-Zeit dieses Achtpols sich zwischen 2,6 us und 2,6 ms ändern
kann. Beim kapazitiven Einkoppeln eines dynamischen Korrektursignals in die
Metall-Außenelektrode 28 muß die RC-Zeit in bezug auf die Zeilendauer groß sein, die
normalerweise 52 us beträgt, so daß der Widerstand zwischen Achtpol und
Fokussierelektrode dabei mehr als 100 MOhm betragen muß.
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Größere Zeitkonstanten als die Halbbilddauer von 10 ms werden schwer
verwirklichbar sein. Jedoch kann das Vertikalkorrektur- oder Vertikalkonvergenzsignal
mit einem ohmschen Kontakt eingekoppelt werden, weil dann die RC-Zeit nach Erde
klein sein muß. Auch ist es möglich, die Vertikalkonvergenz von der
Horizontalkonvergenz zu trennen und sie mit Hilfe von Konvergenzspulen ununterbrochen einzukoppeln.
Das Problem der Energie beim Erzeugen von Konvergenzströmen ist faktisch nicht so
groß für Vertikalfrequenzen als für die Horizontalfrequenzen. Für die erforderlichen
Korrektursignale beim Integrieren von Ablenkung und Fokussierung ist der Bedarf an
Vertikalkorrekturen, gewiß bei Bildformaten von 16:9, viel geringer als der Bedarf an
Horizontalkorrekturen.
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Im oben beschriebenen Achtpol genügt eine Spannung von 100 V zum
Verschieben des Strahls am Schirm der Röhre über 1 mm. Diese Verschiebung ist
dieser Spannung, der Vergrößerung der Hauptlinse und der Länge des Achtpols
proportional und ist dem Radius des Achtpols und der Fokussierspannung umgekehrt
proportional. Auf andere Weise können die Korrekturen mit Elektroden mit einer viel
komplizierteren Form als der einfache Achtpol ausgeführt werden.
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Wenn die Horizontalfrequenz für künftige HDTV-Anwendungen weiter
erhöht wird, vergrößert sich nur das Energieproblem bei magnetischer Konvergenz.
Oben beschriebene Lösung ist um so vorteilhafter, weil die Zeilenzeit im
Zusammenhang mit der RC-Zeit der Konvergenzelektroden weiter abfällt.
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In Fig. 5, 6, 7 und 8 sind die Bauteile 26a, 26b, 26c und 26d eines
Korrekturelements (beispielsweise eines Achtpols) dargestellt, die mit verschiedenen
Typen hochohmiger Verbindungen zum Verbinden mit der Fokussierelektrode versehen
werden.
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Das Prinzip kapazitiver Einkopplung eines dynamischen Korrektursignals
wird nachstehend näher erläutert.
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Die hochohmige Widerstandsschicht 16 auf der Innenfläche der
rohrförmigen Struktur 15 enthält Teile, in denen ein Spiralmuster angebracht ist, und Teile ohne
ein derartiges Muster, so daß ein optimal statisches Fokussierfeld, insbesondere in
bezug auf minimale sphärische Aberration, beim Anlegen einer Spannung erhalten wird.
Dynamische Korrektursignale gelangen an Elektroden 28, die ausreichendes elektrisch
leitendes Material enthalten und ein Korrekturelement 26 koaxial umgeben, das eine
Anzahl von Teilen enthält, die in der hochohmigen Schicht gebildet und mit einem
elektrisch nichtleitenden Material voneinander getrennt werden. In diesem Fall ist das
Korrekturelement ein Achtpol. Die Teile 26 der Korrekturelemente sind über
hochohmige Verbindungen, wie in Fig. 5, 6, 7 und 8 dargestellt, mit einer normalen
statischen Fokussierspannung verbunden. Eine Gleichspannung wirkt auf das
Korrekturelement als eine normale statische Fokussierspannung. Jedoch verhält sich das
Korrekturelement anders, wenn die Korrekturspannung an den Elektroden 28 zeitmoduliert
wird. Der Teil des Korrekturelements 26 unter einer Elektrode 28 auf der Innenwand
der rohrförmigen Struktur 25 neigt zum Verfolgen der Potentialänderungen der
Elektrode 28. Ein Korrekturelementteil und seine zugeordnete Elektrode 28 können als
Kondensator betrachtet werden. Beim Anlegen dynamischer Korrektursignale an die
Elektroden 28 werden diese Signale kapazitiv eingekoppelt und gelangen an die
betreffenden Korrekturelementteile, die an einem Ende mit der
Fokussiersignal-Speiseleitung und am anderen Ende mit der Außenseite über die Widerstände 27 und 27'
verbunden sind. Zusammen mit diesen Widerständen bildet jeder "Kondensastor" ein
RC-Netz. Änderungen in den Korrekturspannungen Vdyn, die (viel) schneller sind als
die entsprechende RC-Zeit, können nicht abgeschwächt werden und werden über den
Kondensator eingekoppelt. Der Aufbau nach Fig. 2 kann durch Anbringen von
Metallfolienstreifen (z.B. Aluminium) zwischen zwei Koaxialrohre verwirklicht werden, die
die rohrförmige Struktur 15 nach dem Erweichen und dem Ziehen auf einem Dorn
bilden.
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Andere Ausführungsformen für die obige Verwendung von Folienstreifen
zwischen zwei Koaxialrohren sind beispielsweise Aufdampfen oder elektrodenlose
Abscheidung einer Schicht eines ausreichend elektrisch leitenden Materials auf der
Außenfläche einer rohrförmigen Struktur 24, in der die Elektroden 28 wie in Fig. 4
gebildet werden, oder durch Anbringen von Metallstreifen auf einer derartigen
rohrförmigen Struktur 24.