Теневая маска

Теневая маска (shadow mask) – это самый распространенный тип масок, она применяется со времени изобретения первых цветных кинескопов. Поверхность у кинескопов с теневой маской обычно сферической формы (выпуклая). Это сделано для того, чтобы электронный луч в центре экрана и по краям имел одинаковую толщину.

Рисунок 9.8. Теневая маска кинескопа

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади (см. рис. 9.8, 9.9). Находится маска перед стеклянной трубкой с люминофорным слоем. Как правило, большинство современных теневых масок изготавливают из инвара. Инвар (InVar) – магнитный сплав железа (64%) с никелем (36%). Этот материал имеет предельно низкий коэффициент теплового расширения, поэтому, несмотря на то, что электронные лучи нагревают маску, она не оказывает отрицательного влияния на чистоту цвета изображения. Отверстия в металлической сетке работают как прицел (хотя и не точный), именно этим обеспечивается то, что электронный луч попадает только на требуемые люминофорные элементы и только в определенных областях (рис. 9.9). Теневая маска создает решетку с однородными точками (еще называемыми триады), где каждая такая точка состоит из трех люминофорных элементов основных цветов – зеленного, красного и синего – которые светятся с различной интенсивностью под воздействием лучей из электронных пушек. Изменением тока каждого из трех электронных лучей можно добиться произвольного цвета элемента изображения, образуемого триадой точек.

Одним из "слабых" мест мониторов с теневой маской является ее термическая деформация. Часть лучей от электронно-лучевой пушки попадает на теневую маску, вследствие чего происходит нагрев и последующая деформация теневой маски. Происходящее смещение отверстий теневой маски приводит к возникновению эффекта пестроты экрана (смещения цветов RGB). Существенное влияние на качество монитора оказывает материал теневой маски. Предпочтительным материалом маски является инвар.

Рисунок 9.9. Схематическое изображение маски и экрана, поясняющее схождение трех пучков в одном отверстии теневой маски. Каждый из сходящихся пучков проходит через отверстие и попадает на соответствующую цветную точку.

Недостатки теневой маски хорошо известны: во-первых, это малое соотношение пропускаемых и задерживаемых маской электронов (только около 20-30% проходит через маску), что требует применения люминофоров с большой светоотдачей, а это в свою очередь ухудшает монохромность свечения, уменьшая диапазон светопередачи, а во-вторых, обеспечить точное совпадение трех не лежащих в одной плоскости лучей при отклонении их на большие углы довольно трудно.

Минимальное расстояние между люминофорными точками одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек и является показателем качества изображения. Чем меньше шаг, тем выше качество изображения.

Кинескоп с дельтавидным расположением электронных прожекторов и мозаичным люминофорным экраном имеет существенные недостатки, основным из которых является сложная система совмещения трех растров и малая прозрачность теневой маски, лимитирующей увеличение яркости экрана кинескопа. По этой причине современные телевизионные приемники и мониторы комплектуют кинескопами с компланарным расположением электронных прожекторов и линейчатой структурой люминофорного экрана.

9.4.2. Масочный кинескоп с компланарным расположением прожекторов [5]

а)

б)

в)

г)

Рисунок 9.10. Кинескоп с компланарной оптикой и щелевой маской:

1 — электронные прожекторы; 2 — щелевая маска; 3 — экран с люминофорным

покрытием

Схематическое изображение масочного кинескопа с компланарным расположением электронных прожекторов представлено на рис. 9.10, a. Особенностью его устройства является расположение осей всех трех электронных прожекторов 1 в одной плоскости, причем ось одного прожектора (зеленого) совпадает с осью кинескопа, а оси двух других зеленых прожекторов повернуты к оси кинескопа на угол 1,5°. Экран кинескопа представляет собой сферу из стекла с большим радиусом кривизны, на внутреннюю поверхность которой нанесены чередующиеся по цвету люминофорные полоски трех цветов: красного, зеленого и синего (рис. 9.10,б). Так же как в монохромном кинескопе, люминофоры покрыты тонкой алюминиевой пленкой, соединенной со вторым анодом. Для направления электронных лучей на «свои» люминофорные полоски используется теневая маска (ее еще называют щелевой маской) (рис. 9.10,в), изготовленная из листовой стали, форма которой практически повторяет форму экрана. В маске вырезаны вертикальные прорези — щели, которые имеют горизонтальные перемычки, увеличивающие ее механическую прочность.

Принцип попадания электронных лучей на «свои» люминофорные полоски заключается в том, что три электронных луча, направленные из трех прожекторов, пересекаются в одной точке, геометрическое место которой соответствует отверстию маски, и, проходя сквозь нее, попадают на соответствующие люминофорные полоски. Для осуществления этого принципа взаимное расположение прожекторов, их наклон к оси кинескопа, расстояние от центра отклонения электронных лучей до теневой маски и от теневой маски до экрана должны быть связаны определенными геометрическими отношениями. Точность попадания электронных лучей на свои люминофорные зерна зависит от точности реализации этого соотношения, т.е. от механической точности изготовления кинескопа. Недостаточная точность реализации приводит к нарушению правильности попадания лучей, что вызывает следующие для цветного кинескопа искажения изображений:

1. Нарушение чистоты цвета, обусловленное попаданием электронного луча частично или полностью на «чужие» люминофорные зерна, которое возникает при боковом смещении или наклоне блока электронных прожекторов относительно оси кинескопа, неправильным положением отклоняющей системы относительно экрана кинескопа, а также под влиянием внешних магнитных полей, в частности магнитного поля Земли. Коррекция нарушений чистоты цвета производится с помощью кольцевых магнитов, расположенных в горловине кинескопа.

2. Несовмещение изображений от растров, обусловленное попаданием неотклоненных лучей не в одно отверстие теневой маски, а в соседние и в отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, которое возникает при неточном изготовлении или сборке электронных прожекторов. Коррекция этого вида искажений, т.е. обеспечение попадания трех неотклоненных электронных лучей в одну группу люминофорных полосок (триад), называется статическим сведением лучей. Она производится с помощью изображения сетчатого поля поворотом вокруг оси кинескопа кольцевых четырехполюсных и шестиполюсных магнитов, помещенных на горловине кинескопа.

3. Рассовмещение электронных лучей при их отклонении от центра к краю экрана, обусловленное следующими причинами:

• смещение двух электронных прожекторов (красного и синего) относительно оси кинескопа и их наклон на угол 1,5° приводят к появлению на экране кинескопа смещенных друг относительно друга трапецеидальных растров (рис. 9.10, г);

• геометрическое место пересечения трех лучей при их отклонении находится на поверхности сферы, радиус кривизны которой определен углом наклона прожекторов и значительно меньше радиуса кривизны экрана; поэтому при отклонении от центра к периферии экрана электронные лучи будут достигать плоскости маски в виде расходящихся пучков и попадать на люминофорные зерна разных триад.

Указанные причины действуют совместно и ведут к нарушению динамического сведения лучей, коррекция которого осуществляется методом самосведения лучей. Принцип самосведения заключается в следующем: в компланарном кинескопе отклонение трех лучей в равномерном магнитном поле приводит к расслоению вертикальных линий слева и справа (рис. 9.10, г). Такое расслоение может быть скорректировано с помощью неравномерного магнитного поля, обладающего астигматизмом при отклонении пучка электронов. Астигматизм, как известно, проявляется в том, что сечение пучка электронов при его отклонении от центра экрана становится не круглым, а эллиптическим. Большая ось эллипса может быть ориентирована в направлении отклонения (положительный астигматизм) или перпендикулярно к нему (отрицательный астигматизм). Такое изменение формы сечения электронного луча при отклонении можно рассматривать как сближение крайних нитей пучка, образующих вытянутую часть его сечения (эллипса). Аналогичное явление происходит с электронными лучами синего и красного прожекторов, которые при отклонении в поле, обладающем отрицательным астигматизмом, сближаются подобно крайним нитям одного пучка. Подобрав заданную степень астигматизма, можно полностью скомпенсировать рассовмещение лучей в любой точке экрана. Таким образом, в компланарных кинескопах динамическое самосведение трех совмещенных в центре экрана лучей обеспечивается автоматическим отклонением их в неравномерном поле, обладающем заданным астигматизмом. Требуемое поле создается подбором формы и плотности распределения витков катушек отклоняющих систем.

В системе с самосведением изображения с требуемой точностью могут быть совмещены лишь при условии прецизионного выполнения электронно-оптического узла трубки и точной повторяемости конфигурации магнитного поля отклоняющих систем. Для выполнения этого требования блок прожектора должен быть выполнен в виде единого конструктивного узла, а сам кинескоп выпускается в комплекте с закрепленной к горловине отклоняющей системой, положение которой предварительно тщательно юстируется для получения оптимальных чистоты цвета и сведения лучей. Регулирующим элементом, используемым при настройке комплекса кинескоп — отклоняющая система, является магнитостатическое устройство, включающее в себя магниты чистоты цвета и статического сведения, установленные на горловине кинескопа позади отклоняющей системы. Оптимальное положение регулирующих элементов подбирается и фиксируется на заводе-изготовителе комплекса кинескоп — отклоняющая система и в дальнейшем процессе эксплуатации не регулируется.

Основные преимущества кинескопа с комланарным расположением прожекторов по сравнению с дельта-кинескопом заключается в следующем:

1. Расположение электронных прожекторов в одной плоскости делает аберрации при отклонении симметричными, что упрощает механизм динамического сведения лучей, так как средний луч (обычно зеленый) направлен вдоль оси кинескопа и дает симметричный относительно осей экрана растр, не требующий сведения. Растры, полученные от крайних лучей (красного и синего), необходимо совмещать с центральным (зеленым) только в горизонтальном направлении.

2. Повышается яркость свечения экрана кинескопа, так как щелевая маска обладает более высокой прозрачностью для возбуждающих люминофорный экран электронов, чем маска, имеющая круглые отверстия.

3. Улучшается чистота цвета, так как электронный луч на «чужую» люминофорную полосу может попадать только в одном (горизонтальном) направлении. По этой же причине на чистоту цвета в компланарных кинескопах значительно меньшее влияние оказывает магнитное поле Земли, конкретно - только ее вертикальная составляющая, сдвигающая луч в горизонтальном направлении.

4. Появляется возможность построить кинескопы по принципу самосведения лучей и тем самым исключить сложные устройства и схемы статического и динамического сведения.