Elektronikus megjelenítő eszközök képminőség-jellemzőinek elméleti és mérési problémái NEUMAYER BÉLA—ÁDÁM JÁNOS Tungsram R t .
ÖSSZEFOGLALÁS
ip,T — ip{£;r))i>v(t)
Az elektronsugárcsövek képalkotási tulajdonságainak ismerete elsődleges fontosságú kérdés. J e l l e m z é s ü k frekvencia karakterisztika görbesereg segítségével tör t é n h e t , melyek mérés r é v é n exakt m ó d o n meghatároz hatók. Jelen cikkben egyrészt a frekvenciakarakterisz tikák származtatásának főbb elméleti problémáit fog laljuk össze, másrészt ezek mérés ú t j á n történő meg határozásához alkalmas, gyakorlatban kipróbált mé rési eljárást mutatunk be.
(1>
Válasszuk i r - t a következőképpen ÍT{Í)—Jo + I ^sincot
(2)
ahol CO = 2TI{ a mérőjel k ö r f r e k v e n c i á j a f a mérőjel frekvenciája t az idő Z a m e g h a j t á s i e g y e n á r a m ú szint I«.(«I ) m e g h a j t ó jel a m p l i t ú d ó j a H a a l e t a p o g a t á s i sebesség v és feltételezzük, hogy t = 0 i d ő p i l l a n a t b a n ÍC = 0, a 2. egyenletet az a l á b b i formába írhatjuk át: 0
a
0
1 . Bevezetés K ü l ö n b ö z ő m e g j e l e n í t ő eszközök k é p a l k o t á s i t u l a j d o n s á g á n a k pontos ismerete elsődleges fontos s á g ú , m i v e l ezeket az e s z k ö z ö k e t alfanumerikus és grafikai s z i m b ó l u m o k megjelenítésére h a s z n á l j á k . A z e l e k t r o n s u g á r c s ö v e k e s e t é b e n e tekintetben t o v á b b i speciális p r o b l é m á k jelentkeznek, mivel ezeknek a k é p m i n ő s é g e az e l e k t r o n n y a l á b i n t e n z i t á s á t ó l és a k é p e r n y ő n elfoglalt h e l y z e t é t ő l is függ. Ű g y t ű n i k , hogy a r e l a t í v e sok m é r é s i eljárás ellenére napjainkig m e g l e h e t ő s e n sok n y i t o t t m é rési p r o b l é m a maradt, és a k ü l ö n b ö z ő eljárások k ö z ü l a v á l a s z t á s nem k ö n n y ű feladat.
2. Az elektronsugárcsövek képalkotási mechaniz musa és az apertúra elmélet A z e l e k t r o n s u g á r c s ö v e k b e n a videojel á l t a l szál l í t o t t k é p i i n f o r m á c i ó n a k o p t i k a i jellé t ö r t é n ő á t a l a k í t á s a a vezérelt e l e k t r o n n y a l á b és az e r n y ő t u l a j d o n s á g o k ( s t r u k t ú r a , f é n y p o r stb.) e g y ü t t e s h a t á s á r a j ö n l é t r e , melyet m é g k ü l ö n b ö z ő ergo n ó m i a i h a t á s o k is befolyásolnak. E z t a transzfor m á l ó s t r u k t ú r á t dinamikus a p e r t ú r a k ó n t lehet kezelni.
i= T
I +1^ 0
x sin 2n -j~ ti
(3)
v ahol h = -y a fény v á l t ó j e l h u l l á m h o s s z a a képer nyőn. H a a fényemisszió ós az ernyőfelület egységére j u t ó elektronenergia k ö z ö t t i kapcsolat lineáris, a P(x, y) p o n t gp gerjesztése a k ö v e t k e z ő k é p p e n í r h a t ó (2. á b r a )
ÍM g {x,y)=c P
J
.
_ t \
Ml; ^);Tp_L)d!
( 4
)
ahol G á t a l a k í t á s i t é n y e z ő ; % és lar jelentése a 2. á b r á n adott. m
Az esetben, ha i s m e r j ü k ezen dinamikus aper t ú r a i n t e n z i t á s eloszlását, vezérlési feltételeit az e m y ő f e l ü l e t pontjaiban, t o v á b b á az elektron n y a l á b l e t a p o g a t á s i sebességét (1. á b r a ) , az esz köz frekvencia k a r a k t e r i s z t i k á j á t b á r m e l y k i v á lasztott pontban meg t u d j u k h a t á r o z n i . A z 1. á b r á b a n ( | , rj) az e r n y ő v i z s g á l t P(x,y) p o n t j á b a n az a p e r t ú r a (világító pont) s a j á t koor d i n á t á i t jelöli. Legyen ip(£, rj) az i n t e n z i t á s eloszlási f ü g g v é n y és ÍT(Í) az a p e r t ú r a P pontbeli időfüggése. E k k o r a teljes Í ,T apertúrafüggvény a következőképpen származtatható:
r>
m
——
x
P
B e é r k e z e t t : 1986. 460
V I . 2. ( A )
H222-1 1.
ábra.
Elektronsugárcső fénypontjának eloszlása
Híradástechnika
XXXVII.
évfolyam,
fényesség-
1986. 10. szám
H222-2 2. ábra. A k é p e r n y ő P p o n t j á n a k fényfoltja a letapoga tás határhelyzeteinek f e l t ü n t e t é s é v e l
4. ábra. Egyenletes átlátszóságú, téglalap alakú aper túra v á l a s z f ü g g v ó n y e a szinuszos intenzitás vezérlősre (szinusz válaszfüggvóny)
.2 b
////
/// '/ /
/
1=0
/
V / /
/ V / .
-b
5. ábra. 45°-kal elforgatott egyenletes átlátszóságú n é g y z e t alakú apertúra szinusz válaszfüggvónye
H222-3 3. ábra. Egyenletes átlátszóságú, téglalap alakú aper túra
A g y a k o r l a t s z á m á r a k é n y e l m e s e b b az t v vonalszélességre s z á m í t o t t g á t l a g g e r j e s z t é s m e g a d á s a az x p o n t b a n
!
g(x,y)=C
j
J
íj)ir(-^-)d|
!
ím
lm
d
n
(5)
ahol C — — ; í j é s ÍJM j e l e n t é s e a 2. á b r á n a d o t t . m
í
A t é n y l e g e s a p e r t ú r a k a r a k t e r i s z t i k á k az (5) egyenletből származtathatók. P é l d a k é n t v i z s g á l j u k meg az egyenletes á t l á t szóságú, 2 a x 2 b m é r e t ű t é g l a l a p k e r e s z t m e t s z e t ű a p e r t ú r a t u l a j d o n s á g a i t (3. á b r a ) . Esetünkben i =A = á l l a n d ó és ÍT ugyanaz, m i n t a 3. egyenletben adott. S z á m í t á s o k elvégzése u t á n P
9 = 9o + g'
Híradástechnika
sin 2n a h a 2n J XXXVII.
. „ x sin 2n — = v
évfolyam,
H222-6 6. ábra.
Egyenletes átlátszóságú kör alakú apertúra szinusz v á l a s z f ü g g v ó n y e
sin 2n =
• sin cot
9o+ff'-
(6)
2it
h ahol g = 2ACaI g' = 2ACaI^ A z o p t i k a i j e l v á l t a k o z ó k o m p o n e n s é n e k jellegét, azaz az a p e r t ú r a szinuszos vezérlésre a d o t t v á l a 0
0
s i n cc
s z á t a 4. á b r a m u t a t j a be. M i n t l á t h a t ó ez 1986. 10. szám
461
jellegű f ü g g v é n y szerinti és a 3. egyenlet szerint h felületi h u l l á m h o s s z helyett az / frekvencia függ v é n y é b e n is á b r á z o l h a t ó . A z 5—13. á b r á n n é h á n y , a g y a k o r l a t s z á m á r a j e l e n t ő s n e k í t é l t a p e r t ú r a szinusz v á l a s z f ü g g v é n y é t (<7_) m u t a t j u k be. A z a p e r t ú r a j e l l e m z ő i t az egyes á b r á k o n f e l t ü n t e t t ü k . A z 5., 6., 10. és 11. á b r a a p e r t ú r á j a egyenletes á t l á t s z ó s á g ú . A z 5. á b r á n b e m u t a t o t t a p e r t ú r a n é g y z e t a l a k ú , a le t a p o g a t á s i r á n y á b a n 45°-kal elforgatva. A 6. á b rabeli k ö r , a 10.-é ellipszis a l a k ú , m í g a 11.-é pa rabolákkal határolt.
i (D p
A 7., 8., 9. á b r á n l á t h a t ó a p e r t ú r á k k ö r s z i m m e t r i k u s a k az á b r á n f e l t ü n t e t e t t s u g á r m e n t i i n t e n zitáseloszlással. A 11. ós 12. á b r á n o l y a n a p e r t ú r á k a t a d t u n k meg, amelyeknek a l e t a p o g a t á s tengelye m e n t é n m é r h e t ő á t l a g i n t e n z i t á s e l o s z l á s a az á b r á n a d o t t cos — — | ; i l l . s i n — | f ü g g v é n n y e l jellemzett. 2
'h H222-9 0. ábra.
e~ o jellegű átlátszósággal rendelkező k ö r alakú apertúra szinusz válaszfüggvénye I/r
2
A s z á m í t á s b ó l e r e d ő k ö v e t k e z t e t é s e k az biakban ö s s z e g e z h e t ő k :
aláb
— a v á l a s z f ü g g v é n y szinuszos t a g j á n a k litúdófüggvénye a kérdéses a p e r t ú r a
amp frek-
H222-10
°/h
r
0
0,5
1
1,5
H222-7
10. ábra. Egyenletes átlátszóságú ellipszis alakú aper túra szinusz v á l a s z f ü g g v é n y e
7. ábra. cos (V2r )r jellegű átlátszósággal rendelkező kör alakú apertúra szinusz v á l a s z f ü g g v é n y e 2
0
.ip(r>
%
H222-8 ábra. e~< /r jellegű átlátszósággal rendelkező köralakú apertúra szinusz válaszfüggvónye r
)2
0
462
11.
ábra.
Parabolákkal határolt egyenletes átlátszó s á g ú apertúra szinusz v á l a s z f ü g g v é n y e
Híradástechnika
XXXVII.
évfolyam,
1986. 10. szám
Függőleges irányú átlagos eloszlási
-r
fényesség függvény.
ro
0
H222-14 H 222-12
14. ábra. A képernyő fényesség eloszlása a vízszintes eltérítéssel szinkronban l e v ő szinuszos vezérlőjel ha tására
12. ábra. £ i r á n y b a n c o s ( j i / 2 r ) ! átlagos intenzitáseloszlású apertúra szinusz v á l a s z f ü g g v é n y e 2
0
Függőleges irányú á t l a g o s f é n y e s s é g e l o s z l á s i függvény
0,5-
A szinuszjelet s z o l g á l t a t ó g e n e r á t o r n a k — h a n g o l h a t ó n a k (folyamatosan vagy d i s z k r é t lépésekben), — a mérési t a r t o m á n y b a n á l l a n d ó a m p l i t ú dójúnak, — a v i z s g á l t i r á n y ú l e t a p o g a t á s s a l (vízszintes, i l l . függőleges) szinkronban kell lennie. Vízszintes i r á n y ú f r e k v e n c i a á t v i t e l v i z s g á l a t a e s e t é n a szinuszjeles m e g h a j l á s a k é p e r n y ő n egy álló, függőleges csíkozású fényességeloszlási á b r á t fog e r e d m é n y e z n i , m i n t ahogy az a 14. á b r á n látható. E z t az o p t i k a i v á l t a k o z ó jelet egy megfelelő optoelektromos rendszerrel lehet k i é r t é k e l n i . A z egyenfényességszint v á l t o z t a t á s á v a l egy frekven c i a á t v i t e l i v á l a s z f ü g g v é n y s e r e g n y e r h e t ő , melyre jellegzetes p é l d á t a 15. á b r a m u t a t . I t t B B és B az ernyőfényesség egyenszintj e i t jelöli. A fé nyességszintet növelve — elektronsugárcső esetén — a f é n y p o n t m é r e t e k n ő n e k , ennek megfelelően az első z ó r u s h e l y h e z t a r t o z ó f r e k v e n c i a é r t é k c s ö k k e n . v
13. ábra. f irányban sin (yr/ o)£ átlagos intenzitáseloszlású apertúra szinusz v á l a s z f ü g g v é n y e 2
r
venciakarakterisztikája, — ezen a m p l i t ú d ó f ü g g v é n y e k á l t a l á b a n rendelkeznek n e g a t í v t a r t o m á n y o k k a l is, — a f á z i s k a r a k t e r i s z t i k a d i s z k r é t , az a m p l i t ú d ó f ü g g v é n y előjelétől függően 0° vagy 180°, — a sávszélesség f o r d í t o t t a n a r á n y o s az apertúr améretekkel, — k a s z k á d a p e r t ú r á k e r e d ő v á l a s z f ü g g v é n y e az egyes a p e r t ú r á k v á l a s z f ü g g v é n y e i n e k szor zata, — az a p e r t ú r a az információ d ö n t ő részét a v á l a s z f ü g g v é n y első p o z i t í v t a r t o m á n y á b a n tartalmazza. 3. F r e k v e n c i a k a r a k t e r i s z t i k á k m é r é s e A s z á m í t á s ú t j á n s z á r m a z t a t o t t frekvenciakarak t e r i s z t i k á k m é r é s ú t j á n is e l ő á l l í t h a t ó k . A m é r é s v é g r e h a j t á s a ú g y t ö r t é n i k , hogy a vizs g á l t m e g j e l e n í t ő eszköz vezérlő e l e k t r ó d á j á r a , az o t t b e á l l í t o t t egyen szintre egy szinuszos vezérlő jelet s z u p e r p o n á l u n k a 2. egyenletnek megfele lően. Híradástechnika
XXXVII.
évfolyam,
1986. 10. szám
2
s
B i z o n y í t h a t ó , hogy az í g y n y e r t karakterisztika sereg az e l e k t r o n s u g á r csövek k é p a l k o t á s i t u l a j d o n s á g a i t jól jellemzi. 4. A f r e k v e n c i a k a r a k t e r i s z t i k á k és a k é p a l k o t á s i t u l a j d o n s á g k ö z t i összefüggés Az e l m é l e t t e l egyezésben, ha egy eszköz komplex f r e k v e n c i a k a r a k t e r i s z t i k á j a ismert és az a vez ó r l ő s z i n t e k t ő l független, a b(t) k é p t a r t a l o m az ii(t) videojelből a k ö v e t k e z ő k é p p e n s z á r m a z t a t ható : 6(0 =
/ Gg(f)Ii(f)e-
d/
ahol Ii(f) az i (í) f ü g g v é n y Fourier i n t e g r á l j a , g(f) az eszköz a m p l i t ú d ó , q>(f) a f á z i s k a r a k t e r i s z t i k á j a , C á t a l a k í t á s i t é n y e z ő , j a komplex egység vektor. A z esetben, ha a frekvenciakarakterisztika ve zérlési szintfüggő ij(í)-t a 16. á b r a szerint lépcső4
463
függvényekkel kell közelíteni. E k k o r a számítások hoz az egyes l é p c s ő s z i n t e k h e z t a r t o z ó — 15. á b r a beli — g ö r b e s e r e g e k e t kell h a s z n á l n i . E k k o r a b(t) o p t i k a i j e l a k ö v e t k e z ő k é p p e n származtatható:
n
H222-15 15. ábra.
Monitorcső tipikus mért terisztikája
frekvenciakarak
-*• oo
ahol ik, Htk jelentése a 16. á b r á b ó l k ö v e t k e z i k ö j T j ; a T i - n á l m é r h e t ő Bi fényességszinthez tar t o z ó komplex frekvenciakarakterisztika, F" az inverz Fourier i n t e g r á l . E m ó d o n az o p t i k a i j e l jelen esetben is előállít ható. 1
5. Mérési eljárás
time
k
H222-16 16. ábra.
Videojel lópcsőfüggvénnyel tése
történő
Fotoelektromos átala kító
közelí
Monitor és k é p c s ö v e k frekvenciakarakteriszti k á i n a k m é r é s é r e egy m é r é s i e l j á r á s k e r ü l t k i d o l g o z á s r a , melynek t ö m b v á z l a t á t a 17. á b r a mu tatja. A csövet m ű k ö d t e t ő á r a m k ö r ö k igen h a s o n l ó a k egy T V - k é s z ü l é k megfelelő á r a m k ö r e i h e z , de a s t a b i l i t á s i k ö v e t e l m é n y e k l é n y e g e s e n magasabbak. A 14. á b r a b e l i álló szinuszos o p t i k a i á b r á t egy, az eltérítéssel szinkronozott kis a m p l i t ú d ó j ú szi n u s z g e n e r á t o r s z o l g á l t a t j a . K i é r t é k e l h e t ő s é g cél j á b ó l az á b r a v i z s g á l t r é s z l e t é t — amely célszerűen egyetlen k i v á l a s z t o t t sor részlete — egy optikai résre k é p e z t ü k le, mely m ö g ö t t egy opto-elektronikus á t a l a k í t ó eszköz t a l á l h a t ó . Az ábrarészlet és a rés e g y m á s h o z k é p e s t i e l m o z g a t á s á t egy a k é r d é s e s eltérítéshez a d o t t lassú fűrész e l t é r í t ő á r a m segítségével b i z t o s í t o t t u k . Az o p t i k a i jel
Átalakító'
Számítógép
Soreltérítés
TV á b r a .mozgató' áramkör
Nyomtató
- Vizsgált, moniTofcso J
Tápegység
1 Függőleges eltérítés
E Itento tekercs Szinkronizált szinusz generátor
TV szinkr. generátor
Sor szelektor
H 222-17 17. ábra.
464
Monitorcső frekvenciakarakterisztika berendezés egyszerűsített t ö m b v á z l a t a
Híradástechnika
mérő
XXXVII.
évfolyam,
1986. 10. szám
H222 T8] r
18. ábra. Ugrásjelgerjesztósekre adott függvények
optikai válasz
H222-20 20. ábra.
Képcső
jellegzetes kája
frekveneiakarakteriszti-
T ö m e g g y á r t á s e s e t é n l e g t ö b b s z ö r elégséges a frekvenciakarakterisztika első z é r u s h e l y é h e z tar t o z ó frekvencia m e g h a t á r o z á s a (azé a f r e k v e n c i á é , a m e l y n é l az e r n y ő v i z s g á l t h e l y é n az e r n y ő „csík o z ó d á s a " e l t ű n i k ) . E z esetben a teljes m é r ő r e n d szer r e n d k í v ü l e g y s z e r ű v é v á l i k és a k i é r t é k e l é s szabad szemmel is t ö r t é n h e t .
H222-19 19.
ábra.
Monitorcső
jellegzetes risztikája
frekvenciakarakte
feldolgozására és a m é r é s vezérlésére egy s z e m é l y i s z á m í t ó g é p e t alkalmaztunk. A rendszer a k ü l ö n b ö z ő előre b e p r o g r a m o z h a t ó e r n y ő v i l á g o s s á g i szintekhez t a r t o z ó karakterisztikasereget auto matikusan k é p e s felvenni. Az alkalmazott m ó d s z e r e l ő n y e i : — — — — —
egyszerűség, a r e l a t í v e olcsó m e g v a l ó s í t h a t ó s á g , automatizáltság, m a n u á l i s vezérlési l e h e t ő s é g , nem k o m p l i k á l t s e g é d r e n d s z e r e k alkalma zásával m á s mérésekre való adaptálhatóság (spot v i z s g á l a t , f e l b o n t á s m é r é s , stb.).
Híradástechniika
XXXVII.
évfolyam,
1986. 10. szám
R e n d s z e r ü n k v á l t o z t a t á s n é l k ü l alkalmas a m o n i t o r c s ö v e k 18. á b r á n b e m u t a t o t t — ugyan csak k ü l ö n b ö z ő e r n y ő v i l á g o s s á g i szintekhez tar t o z ó — u g r á s á t v i t e l i karakterisztika seregének felvételére is. E z esetben a szinuszos vezérlőgene r á t o r t v á l t o z t a t h a t ó „belépési i d e j ű " ugrásfüggvóny generátorral kell helyettesíteni. A 19. és a 20. á b r á n t i p i k u s n a k m o n d h a t ó k é p cső, i l l . m o n i t o r c s ő f r e k v e n c i a k a r a k t e r i s z t i k á k a t m u t a t u n k be a k é p e r n y ő k ö z e p é n , i l l . sarkaiban mérve. P a r a m é t e r k é n t a képcső k a t ó d á r a m a van feltüntetve.
6. Egyéb mérési eljárások A fent b e m u t a t o t t o n k í v ü l a gyakorlatban s z á m o s e g y é b m é r é s i eljárás terjedt el, m i n t p l . : — spot fényesség eloszlás-mérés, — felbontásmérés, — monoszkóp ábrás vizsgálatok, — speciális tv-jelekkel t ö r t é n ő v i z s g á l a t , — stb. K i m u t a t h a t ó azonban, hogy az e l e k t r o n s u g á r 465
csövek jellemzésére l e g o b j e k t í v e b b e l j á r á s a fent b e m u t a t o t t frekvenciakarakterisztika-sereg, va l a m i n t az iigrásjel karakterisztika sereg felvétel.
V D E / N T G által rendezett „Elektronenröhren Vakuumelektronik" konferencián.
7. Következtetések
[1] 0. Schade: Image Gradation, Graininess and Sharpness in T V and Motion-Picture Systems. P a r t I — I V . Jour. of S M P T E , Part I . Vol. 56, Febr. 1951, pp. 137—177; Part I I . Vol. 58, March 1952, pp. 182—222; Part I I I . Vol. 61, Aug. 1953, pp. 97— 164; Part I V . Vol. 64, Nov. 1955, pp. 593—617. [2] J. R. Rennes, J. A. Ake: The Averaging Aperture Model of an Electrooptical Scanning System. Part I . Jour. of S M P T E , Vo. 77, J u l y 1968, pp. 717— 720. [3] Internat. E l . Techn. Commission; Techn. Committee. N ° 39. E l . Tubes and Valves Dooument 39. 188. Proposal of British Committee for Determination of Display T ű b e Resolution; J u l y 1965, pp. 1—12. [4] Neumayer Béla: T v - k é p c s ö v e k képminőségének vizs gálata. Tungsram jelentés, 1970. dec. 1—220 old. [5] B. Neumayer, J. Ádám: S o m é Theoretical Questions and Measuring Method Characterizing the Image Quality of Electronic Display Devices. Elektronenröhren und Vákuuméi. Konfer. 5—7. Mai 1986. Garmisch-Partenkirchen.
A fentiekben b e m u t a t t u k az e l e k t r o n s u g á r c s ö v e k a p e r t ú r a e l m é l e t e n a l a p u l ó frekvenciakarakterisz t i k á k k a l t ö r t é n ő jellemzését és megadtunk egy r e l a t í v e egyszerű m é r é s i e l j á r á s t és e l r e n d e z é s t , amely alkalmas az e m l í t e t t frekvenciakarakte risztikák meghatározására. A mérőberendezést egy e g y s z e r ű személyi s z á m í t ó g é p p e l b ő v í t v e a m é r é s e k felvételének teljes a u t o m a t i z á l t s á g a biz t o s í t h a t ó . T ö m e g g y á r t á s i ellenőrző v i z s g á l a t o k nál, amikoris a m é r é s kiértékelése szabadszemmel történhetik, a mérőrendszer rendkívül egyszerűvé és olcsóvá t e h e t ő . Megjegyzés: A k ö z l e m é n y 1986. május 5—7. közt posterelőadáson szerepelt Garmisch-Partenkirchenben a
und
I R O D A L O M
