Большинство используемых и выпускаемых ныне мониторов построены на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). В английском языке - Cathode Ray Tube (CRT), дословно - катодно-лучевая трубка. Иногда CRT расшифровывают как Cathode Ray Terminal, что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному. Электронно-лучевая технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 году и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Электронно-лучевая трубка, или кинескоп, - самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум (основные конструкционные узлы кинескопа показаны на рис. 1). Один из концов колбы узкий и длинный - это горловина. Другой - широкий и достаточно плоский - экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т. п. Люминофор - это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P 2 O 5 , и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор - сильный яд).

Конструкция ЭЛТ

Рисунок 1. Конструкция электронно-лучевой трубки.

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками.
Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы (см. рис. 2). Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку итмеют пониженный уровень излучения.

Конструкция отклоняющей системы

Рисунок 2. Устройство отклоняющей системы ЭЛТ.

Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а две другие - в вертикальной.
Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Путь электронного луча на экране схематично показан на рис. 3. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

Путь электронного луча

Рисунок 3. Схема развертки электронного луча.

Частота перехода на новую линию называется частотой строчной (или горизонтальной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. Амплитуда импульсов перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых напряженных мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также является одним из серьезных факторов, учитываемых при проектировании мониторов.
После отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию (E=mV 2 /2, где E-энергия, m-масса, v-скорость), часть из которой расходуется на свечение люминофора.

Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся.

Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады).

Комбинации цветов

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно различие в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой.

Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно расположенных луча практически одинаково и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.

Теневая маска

Теневая маска (shadow mask) - 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.

Конструкция теневой маски

Рисунок 5. Конструкция теневой маски (увеличенно).

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади (см. рис. 5, 6). 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 коэффициэнт 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. 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.

Конструкция теневой маски 2

Рисунок 6. Конструкция теневой маски (общий вид).

Одним из слабых мест мониторов с теневой маской является ее термическая деформация. На рис. 7 показано, как 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.

Конструкция отклоняющей системы 2

Рисунок 7. Конструкция отклоняющей системы.

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 цветопередачи, а во-вторых, обеспечить точное совпадение трех не лежащих в одной плоскости лучей при отклонении их на большие углы довольно трудно. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов - Hitachi, Panasonic, Samsung, Daewoo, LG, Nokia, ViewSonic.

Шаг теневой маски

Рисунок 8. Шаг теневой маски.

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch) и является индексом качества изображения (см. рис. 8). Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу точек, умноженному на 0,866.

Апертурная решетка

Есть еще один вид трубок, в которых используется Aperture Grille (апертурная решетка). Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки, три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка (см. рис. 9).

Конструкция апертурной решетки

Рисунок 9. Конструкция апертурной решетки.

Апертурная решетка - это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony, DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic. Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий (см. рис. 10). Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi, ViewSonic), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire. Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.

Шаг апертурной решетки

Технологии постоянно совершенствуются, поэтому каждый год появляются новые, современные устройства, в которых достаточно сложно разобраться новичку. Но не стоит забывать и об их «предках». Например, не многие знают, что такое ЭЛТ-монитор, в чём особенности внутренней конструкции и каков его принцип работы.

Между тем для того чтобы выбирать для себя самую современную и подходящую технику, необходимо знать всю важную информацию о том, как она работает, ведь все новые модели разработаны на основе старых. Всё самое полезное об ЭЛТ-мониторе вы узнаете из данной статьи.

Что представляет собой ЭЛТ-монитор

Такой монитор, который иногда называют ещё аббревиатурой CRT, это экран, предназначенный для вывода различных изображений, текста, видео и других файлов. Проще говоря, это привычный нам всем дисплей компьютера, существовавший до появления жидкокристаллических моделей.

Принцип его работы основывается на применении электронно-лучевой трубки. Первые подобные устройства появились ещё в конце XIX века, но они были мало похожи на то, что мы привыкли называть монитором сейчас.

Самые первые устройства показывали исключительно чёрно-белое изображение и получили распространение примерно в сороковые годы прошлого века. С тех пор многое изменилось и возможности современных ЖК-экранов просто поражают. Они способны показывать действительно чёткую картинку, которая не притормаживает и не имеет «следов» предыдущего кадра или эффекта «смазанности».

Кроме того, увеличился и размер дисплеев. Это позволяет сделать использование компьютера ещё более комфортным не только для работы, но и для просмотра фильмов, фотографий и прочих мультимедиа.

Устройство ЭЛТ-монитора

Определяющей деталью в этой конструкции является кинескоп, то есть электронно-лучевая трубка . Лучи электронов направляются с помощью специальных катушечек, отклоняющих и фокусирующих. Присутствует также внутренний магнитный экран и теневая маска. Сквозь них направляются лучи и таким образом изображение выводится на экран.

Цветовая гамма, которая присутствует в каждом дисплее, обеспечивается с помощью особого покрытия, называемого люминофорным. Внутри также имеется хомут с монтажными креплениями, который защищает отдельные элементы конструкции.

Теперь, когда вы знаете, что находится внутри у подобного монитора, можно ознакомиться с физическими принципами формирования его изображения. Это не такой сложный процесс, потому как подобные модели уже практически не используются и являются самыми первыми разработками в области мониторов.

Принцип работы ЭЛТ-монитора

Электронно-лучевая трубка является стеклянной и абсолютно герметичной, т. е. к ней нет доступа воздуха.

Необходимое изображение формируется с помощью так называемой электронной пушки, откуда электроны направляются к дисплею. Трубка, покрытая на одном конце люминофорным составом, неширокая и довольно длинная.

Электроны попадают на этот состав, который заставляет их преобразовывать энергию в свет. Таким образом проявляется широкая цветовая гамма, хоть она и может показаться относительно бедной тем, кто привык к невероятной яркости жидкокристаллических современных дисплеев.

В большинстве случаев в подобных мониторах присутствуют только три цвета: зелёный, красный и синий, а остальные цветовые решения получаются путём смешивания этих цветов .

Эти цвета признаны основными и считается, что глаза человека распознают в основном именно их.

Как правильно настроить монитор

Перед тем как переходить к использованию подобного экрана, его ещё следует настроить. Чаще всего покупатели предпочитают обратиться к специалистам, которые с помощью калибраторов настроят монитор правильно.

ВАЖНО! Обратите внимание, что подобная настройка требуется только для ЭЛТ-мониторов, но никак не жидкокристаллических, которые теперь используются в подавляющем большинстве современных устройств. Такие мониторы отличаются своими крупными габаритами, поэтому их легко отличить от тонких и новых ЖК.

Но не стоит паниковать и сразу же обращаться к профессионалам, за работу которых нужно платить. Можно попробовать настроить монитор самостоятельно с помощью имеющегося меню настроек.

Прежде всего, обратите внимание на разрешение экрана. Это важно для корректного отображения картинки и её чёткости. Важно знать, какое именно разрешение подойдёт для каждого экрана. Другим важным параметром является частота экрана. Для подобных экранов она составляет примерно 100 гц. От этого напрямую зависит итоговое качество изображения.

Также настройте яркость и контрастность. Таким образом вы сделаете картинку идеальной для себя.

Теперь вы знаете, что такое ЭЛТ-монитор, в чём его особенности и как он работает. Немаловажным является умение настроить его так, чтобы всё, что появляется на экране, было хорошо различимо и радовало приемлемым качеством. Для этого важно понимать, каким образом изображение выводится на экран, а также как можно самостоятельно его улучшить.

УСТРОЙСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Мониторы

К устройствам отображения информации относятся прежде все­го мониторы, а также устройства, ориентированные на решение мультимедийных или презентационных задач: устройства форми­рования объемных (стереоскопических) изображений и проекто­ры.

Монитор является важнейшим устройством отображения ком­пьютерной информации. Типы современных мониторов отлича­ются большим разнообразием. По принципу действия все монито­ры для ПК можно разделить на две большие группы:

· на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), называемой ки­нескопом;

· плоскопанельные, выполненные в основном на основе жид­ких кристаллов.

Мониторы на основе ЭЛТ

Мониторы на основе ЭЛТ - наиболее распространенные уст­ройства отображения информации. Используемая в этом типе мо­ниторов технология была разработана много лет назад и первона­чально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа.

Конструкция ЭЛТ-монитора представляет собой стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной сторо­ны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. В ка­честве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и др. Люминофор - это вещество, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, которая испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точ­ками. Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, т. е. поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение на мониторе. Как правило, в цветном ЭЛТ-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мони­торах.

На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка элек­тронов и связанную с ней яркость изображения; фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна; размещенные на основании ЭЛТ катушки отклоняющей системы, которые из­меняют направление пучка. Любое текстовое или графическое изоб­ражение на экране монитора состоит из множества дискретных точек люминофора, называемых пикселами и представляющих со­бой минимальный элемент изображения-растра.

Формирование растра в мониторе производится с помощью специальных сигналов, поступающих на отклоняющую систему. Под действием этих сигналов производится сканирование луча по поверхности экрана по зигзагообразной траектории от левого верх­него угла до правого нижнего, как показано на рис. 4.1. Ход луча по горизонтали осуществляется сигналом строчной (горизонталь­ной) развертки, а по вертикали - кадровой (вертикальной) раз­вертки. Перевод луча из крайней правой точки строки в крайнюю левую точку следующей строки (обратный ход луча по горизонта­ли) и из крайней правой позиции последней строки экрана в крайнюю левую позицию первой строки (обратный ход луча по вертикали) производится посредством специальных сигналов об­ратного хода. Мониторы такого типа называются растровыми. Элек­тронный луч в этом случае периодически сканирует экран, обра­зуя на нем близко расположенные строки развертки. По мере дви­жения луча по строкам видеосигнал, подаваемый на модулятор, изменяет яркость светового пятна и образует видимое на экране изображение. Разрешающая способность монитора определяется числом элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вер­тикали, например, 640x480 или 1024 х 768 пикселов.

В отличие от телевизора, где ви­деосигнал, управляющий яркостью электронного пучка, является ана­логовым, в мониторах ПК исполь­зуются как аналоговые, так и циф­ровые видеосигналы. В связи с этим мониторы для ПК принято разде­лять на аналоговые и цифровые. Пер­выми устройствами отображения информации ПК были цифровые мониторы.

В цифровых мониторах управление осуществляется двоичными сигналами, которые имеют только два значения: логическая 1 и логический 0 («да» и «нет»). Уровню логической единицы соответ­ствует напряжение около 5 В, уровню логического нуля - не бо­лее 0,5 В. Поскольку те же уровни «1» и «0» используются в широ­ко распространенной стандартной серии микросхем на основе транзисторно-транзисторной логики (TTL - Transistor Transistor Logic - транзисторно-транзисторная логика), цифровые монито­ры называют TTL-мониторами.

Первые TTL-мониторы были монохромными, впоследствии появились цветные. В монохромных цифровых мониторах точки на экране могут быть только светлыми или темными, различаясь яр­костью. Электронно-лучевая трубка монохромного монитора име­ет только одну электронную пушку; она меньше цветных ЭЛТ, благодаря чему монохромные мониторы компактнее и легче дру­гих. Кроме того, монохромный монитор работает с более низким анодным напряжением, чем цветной (15 кВ против 21 - 25 кВ), поэтому потребляемая им мощность значительно ниже (30 Вт вме­сто 80 - 90 Вт у цветных).

В кинескопе цветного цифрового монитора содержатся три элек­тронные пушки: для красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) цветов с раздельным управлением, поэтому его называют RGB-монитором.

Цифровые RGB-мониторы поддерживают и монохромный ре­жим работы с отображением до 16 градаций серого цвета.

Аналоговые мониторы, так же как и цифровые, бывают цвет­ными и монохромными, при этом цветной монитор может рабо­тать в монохромном режиме.

Главная причина перехода к аналоговому видеосигналу со­стоит в ограниченности палитры цветов цифрового монитора. Аналоговый видеосигнал, регулирующий интенсивность пучка электронов, может принимать любое значение в диапазоне от 0 до 0,7 В. Поскольку этих значений бесконечно много, палитра ана­логового монитора неограничена. Однако видеоадаптер может обеспечить только конечное количество градаций уровня видео­сигнала, что в итоге ограничивает палитру всей видеосистемы в целом.

Для понимания принципа формирования растра цветных мони­торов следует представлять механизм цветового зрения. Свет - это электромагнитные колебания в определенном диапазоне длин волн. Человеческий глаз способен различать цвета, соответствую­щие различным областям спектра видимого излучения, который занимает лишь незначительную часть общего спектра электромаг­нитных колебаний в диапазоне длин волн от 0,4 до 0,75 мкм.

Совокупное излучение длин волн всего видимого диапазона воспринимается глазом как белый свет. Глаз человека имеет рецепторы трех типов, ответственные за восприятие цвета и разли­чающиеся своей чувствительностью к электромагнитным колеба­ниям различных длин волн. Одни из них реагируют на фиолетово-синий, другие - на зеленый, третьи - на оранжево-красный цвет. Если на рецепторы свет не попадает, глаз человека воспринимает черный цвет. Если все рецепторы освещаются одинаково, человек видит серый или белый цвет. При освещении объекта часть света отражается от него, а часть поглощается. Плотность цвета опреде­ляется количеством поглощенного объектом света в данном спек­тральном диапазоне. Чем плотнее цветовой слой, тем меньше све­та отражается и, как следствие, более темным получается оттенок цвета (тон).

Физиологические особенности цветового зрения исследовались М. В. Ломоносовым. В основу разработанной им теории цветового зрения положен экспериментально установленный факт, что все цвета могут быть получены путем сложения трех световых потоков с высокой насыщенностью, например, красного, зеленого и си­него, называемых основными или первичными.

Обычно световое излучение возбуждает все рецепторы челове­ческого глаза одновременно. Зрительный аппарат человека анализи­рует свет, определяя в нем относительное содержание различных излучений, а затем в мозгу происходит их синтез в единый цвет.

Благодаря замечательному свойству глаза - трехкомпонент-ности цветного восприятия - человек может различать любой из цветовых оттенков: достаточно информации только о количественном соотношении интенсивностей трех основных цве­тов, поэтому нет необходимости в непосредственной передаче всех цветов. Таким образом, благодаря физиологическим особенностям цветового зрения, значительно сокращается объем информации о цвете и упрощаются многие технологические решения, связан­ные с регистрацией и обработкой цветных изображений.

Еще одним важным свойством цветового зрения является про­странственное усреднение цвета, которое заключает­ся в том, что если на цветном изображении имеются близко рас­положенные цветные детали, то с большого расстояния цвета отдельных деталей неразличимы. Все близко расположенные цвет­ные детали будут выглядеть окрашенными в один цвет. Благодаря этому свойству зрения в электронно-лучевой трубке монитора фор­мируется цвет одного элемента изображения из трех цветов рас­положенных рядом люминофорных зерен.

Указанные свойства цветового зрения использованы при раз­работке принципа действия ЭЛТ цветного монитора. В электрон­но-лучевой трубке цветного монитора расположены три элект­ронные пушки с независимыми схемами управления, а на внут­реннюю поверхность экрана нанесен люминофор трех основных цветов: красного, синего и зеленого.

Рис. 4.2. Схема образования цветов на экране монитора

На рис. 4.2 представлена схема образования цветов на экране монитора. Электронный луч каждой пушки возбуждает точки лю­минофора, и они начинают светиться. Точки светятся по-разному и представляют собой мозаичное изображение с чрезвычайно ма­лыми размерами каждого элемента. Интенсивность свечения каж­дой точки зависит от управляющего сигнала электронной пушки. В человеческом глазу точки с тремя основными цветами пересека­ются и накладываются друг на друга. Изменением соотношения интенсивностей точек трех основных цветов получают требуемый оттенок на экране монитора. Для того чтобы каждая пушка на­правляла поток электронов только на пятна люминофора соот­ветствующего цвета, в каждом цветном кинескопе имеется спе­циальная цветоделительная маска.

В зависимости от расположения электронных пушек и конст­рукции цветоделительной маски (рис. 4.3) различают ЭЛТ четы­рех типов, используемые в современных мониторах:

· ЭЛТ с теневой маской {Shadow Mask) (см. рис. 4.3, а) наибо­лее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia;

· ЭЛТ с улучшенной теневой маской (EDP - Enhenced Dot Pitch) (см. рис. 4.3, 6);

· ЭЛТ со щелевой маской (Slot Mask) (см. рис. 4.3, в), в которой люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, содержащие группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Этот тип маски применяется фирмами NEC и Panasonic;

· ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий {Aperture Grill) (см. рис. 4.3, г). Вместо точек с люминофорными элемента­ми трех основных цветов апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов, выстроенных в виде вертик&тьных полос трех основных цветов. По этой техноло­гии производятся трубки Sony и Mitsubishi.

Конструктивно теневая маска представляет собой металличе­скую пластину из специального материала, инвара, с системой отверстий, соответствующих точкам люминофора, нанесенным на внутреннюю поверхность кинескопа. Температурная стабилизация формы теневой маски при ее бомбардировке электронным пуч­ком обеспечивается малым значением коэффициента линейного расширения инвара. Апертурная решетка образована системой щелей, выполняющих ту же функцию, что и отверстия в теневой маске.

Оба типа трубок (с теневой маской и апертурной решеткой) имеют свои преимущества и области применения. Трубки с тене­вой маской дают более точное и детализированное изображение, поскольку свет проходит через отверстия в маске с четкими кра­ями. Поэтому мониторы с такими ЭЛТ рекомендуется использо­вать при интенсивной и длительной работе с текстами и мелкими элементами графики. Трубки с апертурной решеткой имеют более ажурную маску, они меньше заслоняют экран и позволяют полу­чить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Мониторы с такими трубками хорошо подходят для настольных издательских систем и других приложений, ориентированных на работу с цветными изображениями.

Минимальное расстояние между люминофорными элемента-Ми одинакового цвета в теневых масках называется Dot Pitch (шаг точки) и является индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах. Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изоб­ражения. Среднее расстояние между точками люминофора назы­вается зерном. У различных моделей мониторов данный пара­метр имеет значение от 0,2 до 0,28 мм. В ЭЛТ с апертурной решет­кой среднее расстояние между полосами называется Strip Pitch (шаг п о л о с ы) и измеряется в миллиметрах. Чем меньше вели­чина шага полосы, тем выше качество изображения на мониторе. Нельзя сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг то­чек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагона­ли, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Для приме­ра: 0,25 мм шага точки приблизительно эквивалентно 0,27 мм шага полосы.

Помимо электронно-лучевой трубки монитор содержит управ­ляющую электронику, которая обрабатывает сигнал, поступаю­щий напрямую от видеокарты ПК. Эта электроника должна опти­мизировать усиление сигнала и управлять работой электронных пушек.

Выведенное на экран монитора изображение выглядит стабиль­ным, хотя на самом деле таковым не является. Изображение на экране воспроизводится в результате процесса, в ходе которого свечение люминофорных элементов инициируется электронным лучом, проходящим последовательно по строкам. Этот процесс происходит с высокой скоростью, поэтому кажется, что экран светится постоянно. В сетчатке глаза изображение хранится около 1/20 с. Это означает, что если электронный луч будет двигаться по экрану медленно, глаз воспримет это как отдельную движущуюся яркую точку, но когда луч начинает двигаться с высокой скорос­тью, прочерчивая на экране строку 20 раз в секунду, глаз увидит равномерную линию на экране. Если обеспечить последовательное сканирование лучом экрана по горизонтальным линиям сверху вниз за время меньшее 1/25 с, глаз воспримет равномерно осве­щенный экран с небольшим мерцанием. Движение самого луча происходит настолько быстро, что глаз не в состоянии его заме­тить. Считается, что мерцание становится практически незамет­ным при частоте повторения кадров (проходов луча по всем эле­ментам изображения) примерно 75 раз в секунду.

Высвеченные пикселы экрана должны продолжать светиться в течение времени, которое необходимо электронному лучу, чтобы просканировать весь экран и вернуться снова для активизации данного пиксела при прорисовке уже следующего кадра. Следова­тельно, минимальное время послесвечения должно быть не мень­ше периода смены кадров изображения, т.е. 20 мс.

ЭЛТ-мониторы имеют следующие основные характеристики.

Диагональ экрана монитора - расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах. Размер видимой пользователю области экрана обычно несколько мень­ше, в среднем на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагона­ли, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой «Viewable size», но иногда указывается только один размер - размер диагонали трубки. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 15", что примерно соответ­ствует 36 - 39 см диагонали видимой области. Для работы в Windows желательно иметь монитор размером, по крайней мере, 17". Для профессиональной работы с настольными издательскими систе­мами (НИС) и системами автоматизированного проектирования (САПР) лучше использовать монитор размером 20" или 21".

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайши­ми отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории грубых и стоят дешевле. Лучшие мониторы имеют зерно 0,24 мм, достигая 0,2 мм у самых дорогостоящих моделей.

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Мониторы с диагональю экрана 19"под­держивают разрешение до 1920 х 14400 и выше.

Тип электронно-лучевой трубки следует принимать во внимание при выборе монитора. Наиболее предпочтительны такие типы кинескопов, как Black Trinitron, Black Matrix или Black Planar. Мо­ниторы этих типов имеют особое люминофорное покрытие.

Потребляемая мощность монитора указывается в его техниче­ских характеристиках. У мониторов 14" потребляемая мощность не должна превышать 60 Вт.

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позво­ляет наблюдать на экране монитора только изображение, форми­руемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отражен­ных объектов. Существует несколько способов получения анти­бликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них - протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко, качество изображе­ния низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализо­ван фирмами Hitachi и Samsung. Антистатическое покры­тие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибу­том ЭЛТ-монитора, поскольку медицинские исследования пока­зали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рент­геновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электро­статические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

По технологии изготовления защитные фильтры бывают: се­точные, пленочные и стеклянные. Фильтры могут крепиться к передней стенке монитора, навешиваться на верхний край, встав­ляться в специальный желобок вокруг экрана или надеваться на монитор.

Сеточные фильтры практически не защищают от электромаг­нитного излучения и статического электричества и несколько ухуд­шают контрастность изображения. Однако эти фильтры неплохо ослабляют блики от внешнего освещения, что немаловажно при длительной работе с компьютером.

Пленочные фильтры также не защищают от статического элект­ричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid, способны пово­рачивать плоскость поляризации отраженного света и подавлять возникновение бликов.

Стеклянные фильтры производятся в нескольких модификаци­ях. Простые стеклянные фильтры снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают кон­трастность изображения. Стеклянные фильтры категории «полная защита» обладают наибольшей совокупностью защитных свойств: практически не дают бликов, повышают контрастность изобра­жения в полтора-два раза, устраняют электростатическое поле и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают низкочастот­ное магнитное (менее 1000 Гц) и рентгеновское излучение. Эти фильтры изготавливаются из специального стекла.

Безопасность монитора для человека регламентируется стан­дартами ТСО: ТСО 92, ТСО 95, ТСО 99, предложенными Швед­ской конфедерацией профсоюзов. ТСО 92, выпущенный в 1992 г., определяет параметры электромагнитного излучения, дает опре­деленную гарантию противопожарной безопасности, обеспечива­ет электрическую безопасность и определяет параметры энерго­сбережения. В 1995 г. стандарт существенно расширили (ТСО 95), включив в него требования к эргономике мониторов. В ТСО 99 требования к мониторам еще более ужесточили. В частности, ста­ли жестче требования к излучениям, эргономике, энергосбере­жению, пожаробезопасности. Присутствуют здесь и экологические требования, которые ограничивают наличие в деталях монитора различных опасных веществ и элементов, например тяжелых ме­таллов.

Срок службы монитора в значительной мере зависит от темпе­ратуры его нагрева при работе. Если монитор очень сильно нагре­вается, можно ожидать, что срок его службы будет невелик. Мо­нитор, корпус которого имеет большое число вентиляционных отверстий, соответственно хорошо охлаждается. Хорошее охлаж­дение препятствует быстрому выходу его из строя.

3.5. ВИДЕОСИСТЕМА КОМПЬЮТЕРА

ЭЛТ-МОНИТОР

Мониторы на основе ЭЛТ – наиболее распространенные и старые устройства отображения графической информации. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, т.е. для осциллографа.

Конструкция ЭЛТ-монитора

Большинство используемых и выпускаемых ныне мониторов построены на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). В английском языке - Cathode Ray Tube (CRT), дословно - катодно-лучевая трубка. Иногда CRT расшифровывают как Cathode Ray Terminal , что соответствует уже не самой трубке, а устройству, на ней основанному. Электронно-лучевая технология была разработана немецким ученым Фердинандом Брауном в 1897 году и первоначально создавалась в качестве специального инструмента для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.Э лектронно-лучевая трубка, или кинескоп, - самый важный элемент монитора. Кинескоп состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный - это горловина. Другой - широкий и достаточно плоский - экран. Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором (luminophor ). В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и т. п. Люминофор - это вещество, которое при бомбардировке заряженными частицами испускает свет. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, так как люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, не имеет ничего общего с фосфором. Более того, фосфор светится только в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P 2 O 5 , и ссвечение длится очень недолго (кстати, белый фосфор - сильный яд).

Для создания изображения в ЭЛТ-мониторе используется электронная пушка, откуда под действием сильного электростатического поля исходит поток электронов. Сквозь металлическую маску или решетку они попадают на внутреннюю поверхность стеклянного экрана монитора, которая покрыта разноцветными люминофорными точками. Поток электронов (луч) может отклоняться в вертикальной и горизонтальной плоскости, что обеспечивает последовательное попадание его на все поле экрана. Отклонение луча происходит посредством отклоняющей системы. Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные . Последние предпочтительнее, поскольку итмеют пониженный уровень излучения.

Отклоняющая система состоит из нескольких катушек индуктивности, размещенных у горловины кинескопа. С помощью переменного магнитного поля две катушки создают отклонение пучка электронов в горизонтальной плоскости, а две другие - в вертикальной. Изменение магнитного поля возникает под действием переменного тока, протекающего через катушки и изменяющегося по определенному закону (это, как правило, пилообразное изменение напряжения во времени), при этом катушки придают лучу нужное направление. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

Частота перехода на новую линию называется частотой строчной (или горизонтальной) развертки. Частота перехода из нижнего правого угла в левый верхний называется частотой вертикальной (или кадровой) развертки. Амплитуда импульсов перенапряжения на катушках строчной развертки возрастает с частотой строк, поэтому этот узел оказывается одним из самых напряженных мест конструкции и одним из главных источников помех в широком диапазоне частот. Мощность, потребляемая узлами строчной развертки, также является одним из серьезных факторов, учитываемых при проектировании мониторов. После отклоняющей системы поток электронов на пути к фронтальной части трубки проходит через модулятор интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают большую энергию (E=mV 2 /2, где E-энергия, m-масса, v-скорость), часть из которой расходуется на свечение люминофора.

Электроны попадают на люминофорный слой, после чего энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое вы видите на вашем мониторе. Как правило, в цветном CRT мониторе используется три электронные пушки , в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах, которые сейчас практически не производятся.

Известно, что глаза человека реагируют на основные цвета: красный (Red ), зеленый (Green ) и синий (Blue ) и на их комбинации, которые создают бесконечное число цветов. Люминофорный слой, покрывающий фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов (настолько маленьких, что человеческий глаз не всегда может различить их). Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета, фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам RGB (отсюда и название группы из люминофорных элементов - триады).

Люминофор начинает светиться, как было сказано выше, под воздействием ускоренных электронов, которые создаются тремя электронными пушками. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные люминофорные частицы, чье свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Для управления электронно-лучевой трубкой необходима и управляющая электроника, качество которой во многом определяет и качество монитора. Кстати, именно различие в качестве управляющей электроники, создаваемой разными производителями, является одним из критериев определяющих разницу между мониторами с одинаковой электронно-лучевой трубкой.

Итак, каждая пушка излучает электронный луч (или поток, или пучок), который влияет на люминофорные элементы разного цвета (зеленого, красного или синего). Понятно, что электронный луч, предназначенный для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия используется специальная маска, чья структура зависит от типа кинескопов от разных производителей, обеспечивающая дискретность (растровость ) изображения. ЭЛТ можно разбить на два класса - трехлучевые с дельтаобразным расположением электронных пушек и с планарным расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые и теневые маски, хотя правильнее сказать, что они все теневые. При этом трубки с планарным расположением электронных пушек еще называют кинескопами с самосведением лучей, так как воздействие магнитного поля Земли на три планарно-расположенных луча практически одинаково и при изменении положения трубки относительно поля Земли не требуется производить дополнительные регулировки.

Типы ЭЛТ

В зависимости от расположения электронных пушек и конструкции цветоделительной маски различают ЭЛТ четырех типов, используемые в современных мониторах:

ЭЛТ с теневой маской (Shadow Mask )

ЭЛТ с теневой маской наиболее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung , Viewsonic , Hitachi , Belinea , Panasonic , Daewoo , Nokia.Теневая маска (shadow mask ) - 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.

Теневая маска состоит из металлической пластины с круглыми отверстиями, которые занимают примерно 25% площади. 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 коэффициэнт 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. 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. На рисунке ниже, как 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.

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 цветопередачи, а во-вторых, обеспечить точное совпадение трех не лежащих в одной плоскости лучей при отклонении их на большие углы довольно трудно. Теневая маска применяется в большинстве современных мониторов - Hitachi , Panasonic , Samsung , Daewoo , LG, Nokia , ViewSonic .

Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в соседних строках называется шагом точек (dot pitch ) и является индексом качества изображения. Шаг точек обычно измеряется в миллиметрах (мм ). Чем меньше значение шага точек, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения. Расстояние между двумя соседними точками по горизонтали равно шагу точек, умноженному на 0,866.

ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий (Aperture Grill )

Есть еще один вид трубок, в которых используется апертурная решетка. Эти трубки стали известны под именем Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony в 1982 году. В трубках с апертурной решеткой применяется оригинальная технология, где имеется три лучевые пушки , три катода и три модулятора, но при этом имеется одна общая фокусировка.

Апертурная решетка - это тип маски, используемый разными производителями в своих технологиях для производства кинескопов, носящих разные названия, но одинаковые по сути, например, технология Trinitron от Sony , DiamondTron от Mitsubishi и SonicTron от ViewSonic . Это решение не включает в себя металлическую решетку с отверстиями, как в случае с теневой маской, а имеет решетку из вертикальных линий. Вместо точек с люминофорными элементами трех основных цветов, апертурная решетка содержит серию нитей, состоящих из люминофорных элементов выстроенных в виде вертикальных полос трех основных цветов. Такая система обеспечивает высокую контрастность изображения и хорошую насыщенность цветов, что вместе обеспечивает высокое качество мониторов с трубками на основе этой технологии. Маска, применяемая в трубках фирмы Sony (Mitsubishi , ViewSonic ), представляет собой тонкую фольгу, на которой процарапаны тонкие вертикальные линии. Она держится на горизонтальной (одной в 15", двух в 17", трех и более в 21") проволочке, тень от которой видна на экране. Эта проволочка применяется для гашения колебаний и называется damper wire . Ее хорошо видно, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Некоторым пользователям эти линии принципиально не нравятся, другие же наоборот довольны и используют их в качестве горизонтальной линейки.

Минимальное расстояние между полосами люминофора одинакового цвета называется шагом полос (strip pitch ) и измеряется в миллиметрах (см. рис. 10). Чем меньше значение шага полос, тем выше качество изображения на мониторе. При апертурной решетке имеет смысл только горизонтальный размер точки. Так как вертикальный определяется фокусировкой электронного луча и отклоняющей системой.

ЭЛТ со щелевой маской(Slot Mask )

Щелевая маска (slot mask ) широко применяется компанией NEC под именем «CromaClear ». Это решение на практике представляет собой комбинацию теневой маски и апертурной решетки. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов.

Щелевая маска используется, помимо мониторов от NEC (где ячейки эллиптические), в мониторах Panasonic с трубкой PureFlat (ранее называвшейся PanaFlat ). Заметим, что нельзя напрямую сравнивать размер шага для трубок разных типов: шаг точек (или триад) трубки с теневой маской измеряется по диагонали, в то время как шаг апертурной решетки, иначе называемый горизонтальным шагом точек, - по горизонтали. Поэтому при одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой. Для примера, шаг полос 0.25 мм приблизительно эквивалентен шагу точек, равному 0.27 мм. Также в 1997 году компанией Hitachi - крупнейшим проектировщиком и изготовителем ЭЛТ - была разработана EDP - новейшая технология теневой маски. В типичной теневой маске триады размещены более или менее равносторонне, создавая треугольные группы, которые распределены равномерно поперек внутренней поверхности трубки. Компания Hitachi уменьшила расстояние между элементами триады по горизонтали, тем самым, создав триады, более близкие по форме к равнобедренному треугольнику. Для избежания промежутков между триадами сами точки были удлинены, и представляют собой скорее овалы, чем круг.

Оба типа масок - теневая маска и апертурная решетка - имеют свои преимущества и своих сторонников. Для офисных приложений, текстовых редакторов и электронных таблиц больше подходят кинескопы с теневой маской, обеспечивающие очень высокую четкость и достаточный контраст изображения. Для работы с пакетами растровой и векторной графики традиционно рекомендуются трубки с апертурной решеткой, которым свойственны превосходная яркость и контрастность изображения. Кроме того, рабочая поверхность этих кинескопов представляет собой сегмент цилиндра с большим радиусом кривизны по горизонтали (в отличие от ЭЛТ с теневой маской, имеющих сферическую поверхность экрана), что существенно (до 50%) снижает интенсивность бликов на экране.

Основные характеристики ЭЛТ-мониторов

Диагональ экрана монитора – расстояние между левым нижним и правым верхним углом экрана, измеряемое в дюймах. Размер видимой пользователю области экрана обычно несколько меньше, в среднем на 1", чем размер трубки. Производители могут указывать в сопровождающей документации два размера диагонали, при этом видимый размер обычно обозначается в скобках или с пометкой «Viewable size », но иногда указывается только один размер - размер диагонали трубки. В качестве стандарта для ПК выделились мониторы с диагональю 15", что примерно соответствует 36- 39 см диагонали видимой области. Для работы в Windows желательно иметь монитор размером, по крайней мере, 17". Для профессиональной работы с настольными издательскими системами (НИС) и системами автоматизированного проектирования (САПР) лучше использовать монитор размером 20" или 21.".

Размер зерна экрана определяет расстояние между ближайшими отверстиями в цветоделительной маске используемого типа. Расстояние между отверстиями маски измеряется в миллиметрах. Чем меньше расстояние между отверстиями в теневой маске и чем больше этих отверстий, тем выше качество изображения. Все мониторы с зерном более 0,28 мм относятся к категории грубых и стоят дешевле. Лучшие мониторы имеют зерно 0,24 мм, достигая 0,2 мм у самых дорогостоящих моделей.

Разрешающая способность монитора определяется количеством элементов изображения, которые он способен воспроизводить по горизонтали и вертикали. Мониторы с диагональю экрана 19" поддерживают разрешение до 1920 * 14400 и выше.

Потребляемая мощность монитора

Покрытия экрана

Покрытия экрана необходимы для придания ему антибликовых и антистатических свойств. Антибликовое покрытие позволяет наблюдать на экране монитора только изображение, формируемое компьютером, и не утомлять глаза наблюдением отраженных объектов. Существует несколько способов получения антибликовой (не отражающей) поверхности. Самый дешевый из них - протравливание. Оно придает поверхности шероховатость. Однако графика на таком экране выглядит нерезко , качество изображения низкое. Наиболее популярен способ нанесения кварцевого покрытия, рассеивающего падающий свет; этот способ реализован фирмами Hitachi и Samsung . Антистатическое покрытие необходимо для предотвращения прилипания к экрану пыли вследствие накопления статического электричества.

Защитный экран (фильтр)

Защитный экран (фильтр) должен быть непременным атрибутом ЭЛТ-монитора , поскольку медицинские исследования показали, что излучение, содержащее лучи в широком диапазоне (рентгеновское, инфракрасное и радиоизлучение), а также электростатические поля, сопровождающие работу монитора, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

По технологии изготовления защитные фильтры бывают: сеточные, пленочные и стеклянные. Фильтры могут крепиться к передней стенке монитора, навешиваться на верхний край, вставляться в специальный желобок вокруг экрана или надеваться на монитор.

Сеточные фильтры практически не защищают от электромагнитного излучения и статического электричества и несколько ухудшают контрастность изображения. Однако эти фильтры неплохо ослабляют блики от внешнего освещения, что немаловажно при длительной работе с компьютером.

Пленочные фильтры также не защищают от статического электричества, но значительно повышают контрастность изображения, практически полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают уровень рентгеновского излучения. Поляризационные пленочные фильтры, например фирмы Polaroid , способны поворачивать плоскость поляризации отраженного света и подавлять возникновение бликов.

Стеклянные фильтры производятся в нескольких модификациях. Простые стеклянные фильтры снимают статический заряд, ослабляют низкочастотные электромагнитные поля, снижают интенсивность ультрафиолетового излучения и повышают контрастность изображения. Стеклянные фильтры категории «полная защита» обладают наибольшей совокупностью защитных свойств: практически не дают бликов, повышают контрастность изображения в полтора-два раза, устраняют электростатическое поле и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают низкочастотное магнитное (менее 1000 Гц) и рентгеновское излучение. Эти фильтры изготавливаются из специального стекла.

Уж скоро полвека, как мы видим мир на поверхности экранов. Телевизор из дорогой игрушки стал обыденным бытовым устройством. За это время в технологии электронно-лучевых трубок были перепробованы разнообразнейшие решения. И персональный компьютер сначала взял в качестве основного устройства отображения телевизор как он есть. Вскоре выяснилось, что традиционно выпуклый экран на расстоянии 25—40 сантиметров выглядит по меньшей мере некрасиво, буквы плохо читаются, и работать за таким экраном в течение многих часов практически невозможно. Так началась первая эпоха компьютерных мониторов.

Это была эпоха мониторов, устроенных точно как телевизор, только с несколькими видеорежимами, с разными формами кинескопа и схемами управления. Понеслись цифры и термины...

320x200, 640x480, 800x600...

87/43 герца чересстрочной развертки или 60 герц прогрессивной?..

Соревнование за рост частоты кадровой развертки...

Размер точки, 0.21 стоит вдвое больше, чем 0.28...

Помните это?

Развертка на экране формировалась исключительно аналоговыми методами. Схемы ее становились все изощреннее, и их проектирование на какое-то время превратилось в сложное искусство на фоне конвейерного производства из типовых деталей.

Потом подешевели однокристальные ЭВМ. Настолько, что заменить четыре десятка транзисторов и сотни сопротивлений одной микросхемой стало не только полезно, но и выгодно. Появилось понятия «сохранение настроек монитора» и «экранное меню». Настройка геометрии и муара, сведение и фокусировка. Именно цифровая технология, при которой все формы управляющих напряжений и токов программируются в схему управления, позволила создать монитор с плоским экраном электронно-лучевой трубки и высоким качеством изображения. Но принцип действия остался прежним. На монитор все так же подается аналоговый видеосигнал, усиливается, превращается в ток электронного луча, электроны луча отклоняются магнитным полем в горловине кинескопа, преодолевают большое расстояние в вакууме и достигают люминофора на поверхности экрана. Удар. Люминофор светится. Вторая эпоха.

Господство аналогового способа отображения компьютерной (то есть, по самой сути своей, — цифровой) информации не могло продолжаться бесконечно. Размытость, неидеальная геометрия картинки, затраты энергии, высокие напряжения, больший вред для здоровья — технологически неизбежны для ЭЛТ.

Третья эпоха — развитие технологий, которые мы условно называем «плоские мониторы», имея в виду отсутствие большого вакуумного объема электронно-лучевой трубки. Внутреннее устройство «матриц» таких мониторов довольно разнообразно. Но с точки зрения пользователя все это — расположенные на плоскости одиночные пикселы фиксированного размера с четкими границами и идеальной геометрией. И гораздо меньшие затраты энергии на ту же яркость свечения. И прямая, без потерь на преобразование и без искажения четкости, передача цифровой информации по кабелю DVI. От пиксела в памяти видеокарты — к пикселу на мониторе. Один к одному. Торжество справедливости.

Выбор модели

Все-таки — ЭЛТ или ЖК?

Если для вас важен реализм картинки, вы ориентируетесь на максимальные впечатления от красоты 3D-сцен, ЭЛТ-монитор может оказаться лучше . И вот почему:

Любой градиент яркости и цвета выглядит плавнее.

Гамму можно выставить в более широких пределах. Это позволяет увеличить контраст и различимость деталей в тенях.

ЭЛТ-монитор одинаково хорошо воспроизводит разные разрешения. Иногда бывает полезно его уменьшить, например, когда видеокарта не справляется с особо требовательной игрой при включенном сглаживании, анизотропной фильтрации и прочих функциях улучшения картинки.

Глаз, как оптическая система, отнюдь не идеален и не требует математической точности отображения. Незначительные искажения геометрии не портят впечатления.

Помимо прочего, если вы рисуете или обрабатываете фотографии, средний «трубочный» монитор обеспечит заведомо лучшую цветопередачу, чем средний жидкокристаллический.

А какие аргументы в пользу ЖК ?

Отсутствие аналоговых искажений при передаче данных от видеокарты к монитору.

Неизменно правильная геометрия.

Экономичность (ЖК потребляет в 3 раза меньше, чем ЭЛТ).

Отсутствие не слишком полезного для здоровья электростатического поля.

Принципиальное отсутствие не более полезного тормозного излучения .

На заметку: тормозное излучение — это рентгеновские лучи, неизменно возникающие в любой электронно-лучевой трубке. Механизм их появления очень прост. Электроны, бомбардирующие слой люминофора, вообще говоря, имеют разные скорости. Есть среди них и такие, которым хватает скорости, чтобы при соударении испустить квант света в коротковолновой, рентгеновской области спектра. Надежных способов полностью его заблокировать, сохранив при этом прозрачность экрана в видимой области, в природе не существует.

Наконец, ЖК-монитор прекрасно помещается на столе. Скажете, это не принципиально? Может, пятнадцатидюймовый трубочный монитор и не заставит своего обладателя потесниться. А как быть с 21-дюймовым? Вот то-то.

Параметры ЭЛТ-монитора

Главных параметров немного. В первую очередь, это поддерживаемые разрешения экрана в пикселях и частоты обновления (они же частоты кадровой развертки). Тут важно понимать, что субъективная заметность мерцания экрана для разных людей различна. Кому-то хватает 70 Гц для комфортной работы, а кому мало и 100. Чтобы быть уверенным в том, что вам хватает конкретной частоты — советую посмотреть не прямо на монитор, а в сторону, чтобы экран оказался на границе поля зрения глаза. Если его мерцание хорошо заметно, попробуйте поднять частоту. И ориентируйтесь на полученные таким образом цифры при выборе модели.

Есть еще параметры геометрические, то есть — форма кинескопа. Этих самых форм существует три вида:

Плоский . При этом стекло кинескопа плоское и со стороны зрителя, и изнутри, со стороны люминофора. Обозначается «Flat» и обеспечивает максимально возможное качество картинки.

Псевдо-плоский . Снаружи экран тоже ровный, хоть линейку прикладывай, но изнутри стекло имеет полукруглую форму. В прайс-листах обозначается «DynaFlat» и создает у пользователя впечатление, что он купил монитор с плоским экраном. Обманчивое, естественно.

Круглый. Самая естественная форма для экрана ЭЛТ-монитора.

Параметры ЖК-монитора

Самый популярный критерий — скорость матрицы , иногда упоминается также как «время отклика ». Указывается в миллисекундах. По сути, этот параметр определяет максимальные FPS, доступные для отображения. Если вам хочется, чтобы число 80 FPS скорости отображения видеокарты в 3D-игре соответствовало реальной картинке на мониторе, придется искать монитор с быстродействием матрицы не ниже 12.5 миллисекунд (1 секунду поделить на 80 FPS). Впрочем, это не так сложно. Ведь мониторы с 8 и 4 миллисекундами уже никого не удивляют, а компания Samsung объявила в феврале о выходе серии ЖК-мониторов SyncMaster 740BF и 940BF, имеющих время отклика 2 мс.

Несмотря на столь радужные цифры, движущиеся картинки на таких мониторах вполне могут оказаться не реалистично цветными, а разноцветными. Реальное время каждого конкретного цветового перехода обычно превышает указанную производителем величину и для разных цветов отличается. Но с другой стороны, такие фантастические частоты кадров нужны далеко не всегда.

Продолжаем инвентаризацию. Следующий параметр — максимальное отношение яркостей белого и черного участков (иногда упоминается как «максимальный контраст » или «контрастная яркость ») — обычно указывается через двоеточие, вроде вот такого: 400:1. От этого параметра зависит реалистичность цветопередачи, в особенности темных тонов. Высокое отношение яркостей позволяет хорошо различать детали изображения даже в условиях недостаточной освещенности сцены. Кроме того, высокое отношение позволяет регулировать в более широких пределах гамму. У средних ЭЛТ мониторов это соотношение достигает 2000:1 и на современном уровне легко реализуется. Однако у ЖК мониторов оно определяется тем, насколько близки к идеалу поляризационные свойства жидкого кристалла, и тем самым — насколько полно гасится свет при перпендикулярных плоскостях поляризации. Иначе говоря, ЭЛТ-монитор как бы «всегда погашен», а электронный луч выборочно освещает какие-то его участки. ЖК — наоборот, как бы «всегда светится», а жидкокристаллические элементы работают шторками, выборочно затемняя некоторые элементы. Полнотой этого затемнения и определяется отношение яркостей.

200:1 считается обычным, а 700:1 — высоким значением отношения яркостей для ЖК-мониторов. На практике играть в реалистичные 3D-игры с параметрами 200:1 очень трудно. Слишком уж плохо отображаются детали в тенях, а при изменении гаммы вместо плавных градиентов по всей картинке будут отчетливо видны «ступеньки» яркости и слишком однородные пятна.

Напоследок — несколько более очевидных характеристик:

Физическое разрешение экрана . В отличие от ЭЛТ, оно единственное. Сколько есть пикселов по горизонтали и вертикали — столько есть. Конечно, монитор позволит растянуть под свой размер картинку более низкого разрешения, но потери качества не избежать. По этой причине стандартный текстовый режим смотрится на ЖК весьма противно.

Угол обзора в градусах . Для одинокого игрока за монитором — не самый важный параметр, но всегда ли вы будете одни?

Это интересно: далеко не всегда угол обзора стараются сделать больше. Например, экраны уличных банкоматов намеренно дают минимально возможный угол, чтобы желающие заглянуть через плечо ничего там не увидели. Если не обращали внимания — можете убедиться в любой момент.

И еще один совет. Даже если у вас сейчас в компьютере стоит видеокарта без DVI-разъема, берите монитор с DVI-интерфейсом. Будет «на вырост». Ведь на аналоговом VGA-кабеле принципиально не достигается хорошее качество картинки при разрешениях более 1024x768. Тут сказывается и цифро-аналоговое преобразование, и слабая защищенность аналогового сигнала от помех и искажений.

Проверка покупаемого монитора

Покупая монитор, обязательно проверьте его на месте. Нет, никто и не думал вас обманывать! Просто все экземпляры разные, а времени на внимательное тестирование у фирмы или магазина обычно попросту нет. Монитор — штука слишком тяжелая, чтобы возить его туда-обратно.

Здесь я описываю прежде всего тесты, выявляющие неустранимые дефекты. Те, с которыми монитор «родился и умрет». Те, что не исправят никакие настройки и никакой ремонт, кроме замены главной части аппарата (кинескопа или матрицы, соотвественно).

ЭЛТ-мониторы

После включения дать прогреться не менее 10-15 минут.

Едва ли не самый важный инструмент в этом — программа Nokia Test. Достаточно перевести монитор в наиболее желательный режим и посмотреть весь набор тестов этой программы. Наиболее интересны для нас сейчас тесты на сведение (красные, синие и зеленые крестики), на четкость чтения (мелкие буквы, readability) и на муар (мелкая шахматная сетка, moire).

На тесте сведения обязательно нажмите на мониторе кнопку (или выберите пункт меню) Degauss и после этого посмотрите, нет ли наклона и искривления одних цветных линий относительно других. Смещения по горизонтали и вертикали исправимы регулировками, за совсем уж редчайшими исключениями времен мамонтов. А вот любые локальные искривления и наклоны — неисправимы.

Не стоит брать монитор ЭЛТ со встроенными колонками. В большинстве случаев эти колонки дешевые, и магнитная система их динамиков плохо экранирована. Даже если они не используются, магниты ощутимо портят сведение в уголках экрана. Пожалуй, более ярким образцом блеска инженерной мысли стал бы только винчестер со встроенным магнитом. На ЖК-мониторах такого влияния, естественно, нет.

На тесте четкости чтения следует внимательно посмотреть на равномерность фокусировки по площади экрана. Любое размытое место, любое нарушение четкости картинки по площади — показатель неустранимой неточности изготовления.

Тестируя муар , вы прежде всего проверяете стабильность блока питания и схемы развертки. Как таковой муар на цветном ЭЛТ-мониторе есть всегда, так как люминофор имеет дискретную структуру, не совпадающую с пиксельной структурой картинки. Однако картинка цветного муара должна стоять. Ни в коем случае не плыть и не дрожать. Плавающая или дрожащая картинка — признак недостаточно хорошо отфильтрованного напряжения питания или плохо работающей синхронизации. Иначе говоря — признак плохого, негодного устройства.

Это важно: многие современные мониторы обладают искусственной маскировкой муара, которая осуществляется сдвигом картинки вправо-влево от кадра к кадру на расстояние, меньшее размера пиксела. В настройках такого монитора это пункт Moire. При тестировании монитора обязательно выключите эту маскировку, сведя ее регулировку в ноль. В дальнейшем ее можно будет включить и подобрать наиболее субъективно удачное ее положение.

ЖК-мониторы

Главная проверка — на битые пиксели . Помните, что до трех битых пикселей на экране может быть по техническим условиям выпуска матрицы.

Далее на повестке — проверка равномерности подсветки , отсутствия слабых повреждений . При белой и черной заливке немного отклонитесь влево и вправо, вверх и вниз. В пределах описанного в характеристиках модели монитора угла рассматривания картинка вообще не должна меняться или очень незначительно темнеть. А при приближении к границам угла рассматривания она должна равномерно менять цвет, без пятен и кривых радужных разводов. Ключевое слово — равномерно . Каждое явно видимое пятно — признак того, что монитор был механически продавлен в этой точке, и с таким лучше не связываться.

И, наконец, главное

Итак, вы проанализировали заочно, по интернету ли, по каталогам, параметры мониторов, составили список моделей, которые вас устраивают. А теперь идете в крупный магазин, в котором есть в наличии хотя бы три-четыре модели из вашего списка, и смотрите «живьем».

Помните, каковы бы ни были формальные параметры, что бы вам ни говорил продавец, что бы сейчас тут ни писал я, за купленным экраном вы проведете многие часы, месяцы, годы. И если что-то не понравилось в конкретной модели — отодвигайте в сторону. Ваше мнение окончательное.