《電腦圖形學》2.1.1 重新整理式CRT

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圖形系統一般使用顯示器作為其輸出裝置。大部分視頻監視器的操作是基於標準的陰極射線管（cathode-ray tube,CRT）設計的，但是也已經出現了其他一些技術，並且固態監視器終究要佔據主導地位。2.1.1 重新整理式CRT[圖2.2]圖2.2隔出了CRT的基本工作原理。由電子槍發射出的電子束（陰極射線）通過聚焦系統和偏轉系統，射向塗覆有熒光層的螢幕上的指定位置。在電子束紅記得每個位置，熒光層都會產生一個小亮點。由於熒光層發射的光會很快衰減，因此必須採用某種方式來保持螢幕映像。一種方法是將圖形資訊作為電荷分布儲存在CRT上。這種電荷分布用來保持英冠分處於啟用狀態。但現在使用較多的維持熒光粉亮度的辦法是快速控制電子束反覆重畫映像。這類顯示器稱為重新整理式顯示器（refresh CRT），在螢幕上重複畫圖的頻率稱為重新整理頻率（refresh rate）。CRT電子槍的主要元件是受熱激發的金屬陰極和控制柵極（圖2.3）。通過給稱為燈絲的線圈通電來加熱陰極，引起受熱的電子“沸騰出”陰極表面。在CRT封裝內的真空裡，帶負電荷的自由電子在較高的正電壓的作用下加速沖向熒光屏。該加速電壓可由CRT封裝內靠近熒光屏處充以正電荷的金屬塗層產生，或者採用加速陽極（圖2.3）。有事，電子槍結構中把加速陽極和聚焦系統放在同一個組件中。[圖2.3]電子束的強度受設定在控制柵上的電壓電平控制。控制柵極是一個金屬圓筒，緊挨著陰極安裝。若在控制柵極上加上較高的負電壓，則將組織電子活動從而截斷電子束，使之停止從控制柵極末端的小孔通過。而在控制柵極上施以較低的電壓，則僅僅減少了通過的電子數量。由於熒光層發射光的強度依賴於轟擊品股的電子數量，因此可以通過改變控制柵極的電壓來控制現實的光強。我們使用圖形軟體命令來設定各個螢幕位置的亮度級。（結論：控制柵極電壓決定螢幕亮度）CRT的聚焦系統用來控制電子束在轟擊熒光屏時會聚到一個小點。否則，由於電子互斥，電子束在靠近螢幕時會散開。聚焦既可以用電場實現，也可以用磁場實現。對於景點聚焦，電子束通過2.3所示的帶正電荷的靜淑苑同，該圓筒形成一個靜電透鏡。靜電透鏡的作用是使電子束聚焦在螢幕的中心，正如光學透鏡將光束聚焦在指定的焦距一樣。類似透鏡的聚焦效果，可以由環繞CRT封裝外部安裝的線圈形成的磁場來完成。磁性聚焦透鏡能在螢幕上產生最小尺寸的亮點。在高精度系統中，還是用附加的聚焦硬體，以保持電子束聚焦到所有螢幕位置。因為多數CRT玩去部分的直徑大於從聚焦系統到螢幕中心的距離，所以電子束到螢幕不通電所經過的聚利時不同的。因此，電子束只能在螢幕中心爭取聚焦。當電子束移到螢幕邊框時，所顯示的映像會變得模糊。系統可按電子束的螢幕位置來調整聚焦，從而彌補這一缺陷。電子束的偏轉受電場或磁場控制。CRT現在通常配備一個裝載CRT風轉外部的磁性偏轉線圈，2.2所示。使用兩對線圈，將它們成對地安裝在CRT封裝的頸部，一對安裝在頸部的頂部和底部，另一對安裝在頸部兩側。沒兌現券產生的磁場造成橫向偏轉力，該力政教育磁場方向，也垂直於電子束的行進方向。一堆線圈實現水平偏轉，另一對則實現垂直偏轉。調節通過線圈的電流可得到適當的偏轉量。當採用電偏轉時，則在CRT封裝內安裝兩對平行極板。一對為水平放置，控制垂直偏轉；另一對垂直放置，控制水平偏轉（圖2.4）。[圖2.4]通過將CRT電子束的能量轉移到熒光層，就可以在螢幕上形成亮點。當電子束的電子撞擊到熒光層病停止運動時，其動能層被熒光層吸收。電子束能量的一部分因抹茶而轉換為熱能，餘下部分導致熒光層院子的電子約到較高的兩字能級。經過一段短暫的時間之後，“啟用”的熒光層電子釋放了較小的量子能量，開始回落到自身的穩定點。我們在螢幕上看到的是所有的電子光發射的組合效應：發光點隨所有啟用的熒光層電子轉移到自身的基本能級後，會很快衰減。熒光層發射光線的頻率（或顏色）通被啟用量子態與基本狀態之間的能級差成正比。CRT採用的熒光層有著不同的類型。除了顏色之外，這些熒光層之間的主要差異是他們的餘輝（persistence）時間：CRT電子束移走後，他們將繼續發光（即啟用電子轉為基本態）多長時間。餘輝時間定義成從螢幕發光到衰減為其原亮度十分之一的時間。較短餘輝時間的熒光層，需要較高的重新整理速率來保持螢幕圖形不閃爍。短餘輝的熒光層用於動畫，而長餘輝的熒光層則用於顯示到複雜度的靜態圖形。雖然有的熒光層的餘輝時間大於一秒，但是對於圖形監視器，通常採用餘輝時間為10~60us的材料製成。圖2.5表明了螢幕上一兩點的兩點分布。兩點中心位置的亮度最大，並按高斯分布向兩點的邊緣衰減。[圖2.5]CRT無重疊顯示的最多點數稱為解析度（resolution）。[圖2.6]

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