《计算机图形学》2.1.1 刷新式CRT

图形系统一般使用显示器作为其输出设备。

大部分视频监视器的操作是基于标准的阴极射线管（cathode-ray tube,CRT）设计的，但是也已经出现了其他一些技术，并且固态监视器终究要占据主导地位。

2.1.1 刷新式CRT

[图2.2]

图2.2隔出了CRT的基本工作原理。由电子枪发射出的电子束（阴极射线）通过聚焦系统和偏转系统，射向涂覆有荧光层的屏幕上的指定位置。在电子束红记得每个位置，荧光层都会产生一个小亮点。由于荧光层发射的光会很快衰减，因此必须采用某种方式来保持屏幕图像。一种方法是将图形信息作为电荷分布存储在CRT上。这种电荷分布用来保持英冠分处于激活状态。但现在使用较多的维持荧光粉亮度的办法是快速控制电子束反复重画图像。这类显示器称为刷新式显示器（refresh CRT），在屏幕上重复画图的频率称为刷新频率（refresh rate）。

CRT电子枪的主要元件是受热激发的金属阴极和控制栅极（图2.3）。通过给称为灯丝的线圈通电来加热阴极，引起受热的电子“沸腾出”阴极表面。在CRT封装内的真空里，带负电荷的自由电子在较高的正电压的作用下加速冲向荧光屏。该加速电压可由CRT封装内靠近荧光屏处充以正电荷的金属涂层生成，或者采用加速阳极（图2.3）。有事，电子枪结构中把加速阳极和聚焦系统放在同一个部件中。

[图2.3]

电子束的强度受设置在控制栅上的电压电平控制。控制栅极是一个金属圆筒，紧挨着阴极安装。若在控制栅极上加上较高的负电压，则将组织电子活动从而截断电子束，使之停止从控制栅极末端的小孔通过。而在控制栅极上施以较低的电压，则仅仅减少了通过的电子数量。由于荧光层发射光的强度依赖于轰击品股的电子数量，因此可以通过改变控制栅极的电压来控制现实的光强。我们使用图形软件命令来设定各个屏幕位置的亮度级。（结论：控制栅极电压决定屏幕亮度）

CRT的聚焦系统用来控制电子束在轰击荧光屏时会聚到一个小点。否则，由于电子互相排斥，电子束在靠近屏幕时会散开。聚焦既可以用电场实现，也可以用磁场实现。对于景点聚焦，电子束通过如图2.3所示的带正电荷的静淑苑同，该圆筒形成一个静电透镜。静电透镜的作用是使电子束聚焦在屏幕的中心，正如光学透镜将光束聚焦在指定的焦距一样。类似透镜的聚焦效果，可以由环绕CRT封装外部安装的线圈形成的磁场来完成。磁性聚焦透镜能在屏幕上产生最小尺寸的亮点。

在高精度系统中，还是用附加的聚焦硬件，以保持电子束聚焦到所有屏幕位置。因为多数CRT玩去部分的直径大于从聚焦系统到屏幕中心的距离，所以电子束到屏幕不通电所经过的聚利时不同的。因此，电子束只能在屏幕中心争取聚焦。当电子束移到屏幕边框时，所显示的图像会变得模糊。系统可按电子束的屏幕位置来调整聚焦，从而弥补这一缺陷。

电子束的偏转受电场或磁场控制。CRT现在通常配备一个装载CRT风转外部的磁性偏转线圈，如图2.2所示。使用两对线圈，将它们成对地安装在CRT封装的颈部，一对安装在颈部的顶部和底部，另一对安装在颈部两侧。没兑现券产生的磁场造成横向偏转力，该力政教育磁场方向，也垂直于电子束的行进方向。一堆线圈实现水平偏转，另一对则实现垂直偏转。调节通过线圈的电流可得到适当的偏转量。当采用电偏转时，则在CRT封装内安装两对平行极板。一对为水平放置，控制垂直偏转；另一对垂直放置，控制水平偏转（图2.4）。

[图2.4]

通过将CRT电子束的能量转移到荧光层，就可以在屏幕上形成亮点。当电子束的电子撞击到荧光层病停止运动时，其动能层被荧光层吸收。电子束能量的一部分因抹茶而转换为热能，余下部分导致荧光层院子的电子约到较高的两字能级。经过一段短暂的时间之后，“激活”的荧光层电子释放了较小的量子能量，开始回落到自身的稳定状态。我们在屏幕上看到的是所有的电子光发射的组合效应：发光点随所有激活的荧光层电子转移到自身的基本能级后，会很快衰减。荧光层发射光线的频率（或颜色）通被激活量子态与基本状态之间的能级差成正比。

CRT采用的荧光层有着不同的类型。除了颜色之外，这些荧光层之间的主要差异是他们的余辉（persistence）时间：CRT电子束移走后，他们将继续发光（即激活电子转为基本态）多长时间。余辉时间定义成从屏幕发光到衰减为其原亮度十分之一的时间。较短余辉时间的荧光层，需要较高的刷新速率来保持屏幕图形不闪烁。短余辉的荧光层用于动画，而长余辉的荧光层则用于显示到复杂度的静态图形。虽然有的荧光层的余辉时间大于一秒，但是对于图形监视器，通常采用余辉时间为10~60us的材料制成。

图2.5表明了屏幕上一两点的两点分布。两点中心位置的亮度最大，并按高斯分布向两点的边缘衰减。

[图2.5]

CRT无重叠显示的最多点数称为分辨率（resolution）。

[图2.6]