Мониторы
Мониторы на электронно-лучевых трубках
Принципы формирования монохромного изображения. Мониторы этого класса, называемые обычно ЭЛТ-мониторами, находят в настоящее время широкое применение. На рис. 14.1,а изображена электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) монохромного монитора, содержащая:
=?- нить накала, выполняющую функцию подогревателя;
=> катод, испускающий электроны при его нагреве до температуры порядка 1100 К;
модулятор, регулирующий интенсивность потока электронов и связанную с ней яркость изображения;
=> фокусирующую систему, уменьшающую диаметр потока электронов (светового пятна);
=> отклоняющую систему, позволяющую направить поток электронов в горизонтальном и вертикальном направлениях;
=> анод, создающий ускоряющее поле для потока электронов. Анод представляет собой тонкое графитовое покрытие на внутренней стороне боковых стенок колбы;
=> экран, предназначенный для регистрации изображения.
Нить накала, катод, модулятор и фокусирующая система образуют электронную пушку, называемую также прожектором. Созданный с помощью пушки поток электронов под действием ускоряющего поля устремляется к экрану. Экран изнутри покрыт тонким слоем люминофора. По достижении экрана поток электронов передает энергию люминофору, вызывая его свечение. Высвечиваемое пятно является минимальным элементом изображения и называется пикселом.
При выводе изображения на экран ЭЛТ используется растровый способ. Его суть состоит в следующем:
с помощью отклоняющей системы создается растр в виде светящихся строк, оставляемых электронным лучом при его движении по зигзагообразной траектории от левого верхнего угла экрана до правого нижнего (рис. 14.1,6). Для перемещения электронного луча в горизонтальном направлении на отклоняющую систему подаются сигналы строчной развертки, а в вертикальном направлении — сигналы кадровой развертки. По достижении конца каждой строки с помощью сигнала обратного хода по горизонтали осуществляется перевод луча в начало следующей строки. Для перевода луча на исходную позицию растра используется сигнал обратного хода по вертикали, который подается в конце последней строки растра. Обратный ход лучей по горизонтали и вертикали показан на рис. 14.1,6 пунктиром. Во время обратного хода луч гасится путем подачи на модулятор запирающего напряжения;
=> формируется выводимое изображение, для чего на модулятор подается видеосигнал. В этом случае при движении луча по строкам изменяется яркость засветки, в результате чего на экране создается видимое изображение.
Рис. 14.1. Конструкция электронно-лучевой трубки (я) и растровый способ вывода изображения (б)
Для оценки качества воспроизведения изображения на экране ЭЛТ используют два параметра люминофора:
=> минимальный размер светового пятна (пиксела) на экране, который определяется зернистостью люминофора. Его значения лежат в пределах 0,25...0,3 мм и определяют разрешающую способность ЭЛТ. Разрешение зависит от площади экрана и оценивается количеством пикселов, которые способна воспроизвести ЭЛТ по горизонтали и вертикали экрана (рис. 14.1,6), например 1024x768 пикселов для ЭЛТ 17 дюймов;
=> минимальное время послесвечения пиксела, которое в идеальном случае должно быть равно периоду смены кадров изображения, т.е. высвеченный пиксел должен продолжать светиться до тех пор, пока электронный луч вернется для активизации данного пиксела в следующем кадре. При невыполнении этого требования появляется мерцание изображения. Для получения устойчивого немерцающего изображения необходимо 50... 100 раз в секунду восстанавливать (обновлять) электронным лучом видимые точки. Процесс восстановления изображения называется регенерацией.
Таким образом, для качественного вывода изображения на экран ЭЛТ частота кадровой (вертикальной) развертки должна лежать в пределах FK — 50... 100 Гц. Очевидно также, что качество изображения зависит от разрешающей способности ЭЛТ и повышается с увеличением числа точек в строке и числа строк в кадре (рис. 14.1 ,б). При разрешающей способности 1024x768 пикселов за один период кадровой развертки луч прорисовывает 768 строк и 200 невидимых строк прочерчивается лучом во время обратного хода по вертикали. Если частота кадров составляет 72 Гц, то частота строчной (горизонтальной) развертки должна быть равна
Так как в строке располагается 1024 точки, их вывод происходит с частотой FBbIB = 1,2x70x1024 кГц = 86 МГц, коэффициент 1,2 учитывает обратный ход луча по горизонтали. Частота вывода точек определяет полосу пропускания видеотракта. Реализация широкой полосы связана с рядом технических трудностей. Поэтому наряду с рассмотренной выше прогрессивной разверткой для уменьшения ширины полосы пропускания видеотракта используется чересстрочная развертка, при которой полный растр формируется в два приема. Сначала электронным лучом прорисовываются нечетные (1,3, 5-я и т.д.) строки растра, т.е. формируется нечетный полукадр. Затем луч быстро переводится на начало 2-й строки и прорисовывает все четные (2, 4, 6-я и т.д.) строки, формируя четный полукадр. При наложении обоих полукад- ров друг на друга получится полный растр изображения.
Принципы формирования цветного изображения. При формировании цветного изображения на экране ЭЛТ используются два принципа, отражающих особенности человеческого восприятия светового потока: => аддитивный принцип получения различных цветовых оттенков: тот или иной оттенок цвета может быть получен путем аддитивного смешения (сложения, наложения) трех базовых цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Окраска результирующей смеси определяется интенсивностью (насыщенностью, яркостью) смешиваемых цветов. Путем изменения интенсивности базовых цветов можно получить требуемую гамму цветовых оттенков. На рис. 14.2,я показаны воспринимаемые человеком цвета в результате аддитивного смешения трех базовых цветов одинаковой интенсивности;
=> принцип пространственного усреднения цвета: группа близко расположенных мелких предметов, каждый из которых окрашен в один из базовых цветов, имеет окраску одного цвета в соответствии с законами смешения цветов.
Для реализации основополагающих принципов формирования цветных изображений в конструкцию монохромной ЭЛТ внесено ряд изменений:
Рис. 14.2. Принцип аддитивного смешения трех базовых цветов (а) и пространственного усреднения цвета с использованием Д-образного (б) и планарного (в) расположения пушек
=> используются три электронные пушки с отдельными схемами управления для красного, зеленого и синего цветов. На рис. 14.2,6 показано А-образное расположение пушек, на рис. 14.2,в — планарное расположение;
=> внутренняя поверхность экрана покрывается люминофором трех базовых цветов. Для красного цвета используется окись иттрия, активированная европием; для зеленого — сернистый цинк, активированный серебром; для синего — смесь сернистых цинка и кадмия, активированная серебром. В ЭЛТ с А-образным расположением пушек точки люминофора образуют триаду треугольной формы (рис. 14.3,о), а с планарным расположением — триаду из чередующихся полосок красного, зеленого и синего цветов (рис. 14.3,6,в). На рис. 14.3,я,6 выделены две соседние сканируемые строки. Расстояние между соседними триадами в миллиметрах (шаг точки, шаг полосы) определяет зернистость люминофора (рис. 14.3,а,б,в). Зернистость современных цветных ЭЛТ составляет 0,2...0,28 мм;
=> вблизи внутренней стороны экрана располагается цветоделительная (теневая) маска, представляющая собой металлический (из инвара) экран с системой отверстий для прохождения луча. Маска предназначена для того, чтобы электронный луч каждой пушки в процессе развертки всегда попадал только на люминофорное зерно своего цвета. Известно несколько типов цветоделительных масок: теневая маска с круглыми отверстиями (рис. 14.3,г), щелевая маска с прямоугольной формой сдвинутых отверстий (рис. 14.3,6) и апертурная маска с вертикальными отверстиями по всей длине экрана (рис. 14.3,с);
=> введены дополнительные узлы, обеспечивающие статическое и динамическое сведение лучей, чистоту света, устранение намагничивания теневой маски.
Ямс. 14.3. Расположение триад на экране (а, б, в) и структура цветоделительных теневых масок (г, д, е)
Рис. 14.4. Принцип формирования растра с Д-образным расположением электронных пушек
Принцип формирования растра (изображения) в ЭЛТ с Д-образным расположением электронных пушек и теневой маской показан на рис. 14.4. Создаваемые электронными пушками красный, зеленый и синий лучи, пересекаясь в отверстии маски, слегка расходятся, и каждый из них попадает на точку люминофора собственной окраски. Следует заметить, что щелевая и апертурная маски обладают большей прозрачностью и их светоотдача значительно выше.
