Как начинался компьютер
Компьютерная революция
Двоичный код
Разработки военных лет
Интегральные микросхемы
Микрокомпьютер
Персоны
Сеть
Язык компьютера
Развитие ПО
Гибкие системы
Средства разработки
Информатика
Вычислительная наука
Операционные системы
Искусственный интеллект
Предыстория
Поиск
Знания и рассуждения
Логика
Робототехника
 

 
ЭЛТ мониторы Печать

Формирование картинки: технология ЭЛТ

В большинстве современных мониторов основным элементом, формирующим картинку, является электронно-лучевая трубка, или ЭЛТ. (Английский аналог – CRT, Cathode Ray Tube.) На данный момент технология ЭЛТ обеспечивает персональным компьютерам наилучшее качество изображения при наименьших затратах. В будущем, возможно, ее заменят плазменные, TFT или другие технологии, но сейчас они еще слишком дороги и пока находят применение в ноутбуках или в специальных мониторах, предназначенных для решения производственных задач.

Простейший вид ЭЛТ – это монохромные трубки (цвет фосфора на экране может быть белым, зеленым либо желтым). Для формирования изображения на экране электронный луч сканирует по экрану слева направо и сверху вниз. Совокупность точек экрана, формирующих изображение, называется растром. Элементы текста или графики создаются включением либо выключением точек растра.

Конструкция ЭЛТ-мониторов

Самым важным элементом монитора является кинескоп, называемый также электронно-лучевой трубкой (основные конструкционные узлы кинескопа показаны на рис 3). Кинескоп состоит из герметичной стеклянной трубки, внутри которой находится вакуум, то есть весь воздух удален. Один из концов трубки узкий и длинный - это горловина, а другой - широкий и достаточно плоский - это экран. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки 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 испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. Заметим, что иногда люминофор называют фосфором, но это не верно, т.к. люминофор, используемый в покрытии ЭЛТ, ничего не имеет общего с фосфором. Более того, фосфор "светится" в результате взаимодействия с кислородом воздуха при окислении до P2O5 и "свечение" происходит небольшое количество времени (кстати, белый фосфор - сильный яд).

 Устройство ЭЛТ-монитора

Рис. 3. Устройство ЭЛТ-монитора

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. 4). Отклоняющие системы подразделяются на седловидно-тороидальные и седловидные. Последние предпочтительнее, поскольку создают пониженный уровень излучения.

 Устройство ЭЛТ-монитора (вид сбоку)

Рис. 4. Устройство ЭЛТ-монитора (вид сбоку)

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 другие две - 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. 4. Сплошные линии - это активный ход луча, пунктир - обратный.

 Ход луча в ЭЛТ-мониторе

Рис. 5. Ход луча в ЭЛТ-мониторе

Частота перехода на новую линию называется частотой горизонтальной (или строчной) 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, часть из которой расходуется на свечение люминофора.

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, 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.

 Образование белого цвета

Рис. 6. Образование белого цвета

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.

Существуют две основные технологии производства цветных ЭЛТ. Это так называемые технологии теневой маски и апертурной решетки. Теневая маска – самая распространенная технология при производстве трубок.

Вкратце о том, зачем вообще нужна маска. Три электронные пушки, расположенные в основании горловины обеспечивают свечение точек люминофора трех основных цветов. Чтобы электронный луч каждой пушки попадал на люминофор только одного какого-либо цвета и не возбуждал другие точки, доступ к ним преграждается теневой маской, которая устанавливается перед экраном и представляет собой тонкий лист с отверстиями. От качества отверстий и поверхности маски зависят четкость изображения и чистота его цветов.

Маски бывают двух типов: теневые и щелевые, причем более распространены первые.

 Теневая маска

Теневая маска (shadow mask) используется в большинстве мониторов производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia и др. Как выглядит теневая маска и ход лучей через нее вы можете видеть на рисунке. Нужно лишь заметить, что минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета называется шагом точки (dot pitch) и является оценочным индексом качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения.

Щелевая маска

Есть и еще один вид теневой маски – щелевая (slot mask). Как видно, люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное расстояние между двумя ячейками называется щелевой шаг (slot pitch). Естественно, чем меньше значение шага щели, тем выше качество изображения на мониторе. Применяется этот тип маски фирмами NEC (CromaClear) и Panasonic (Panaflat, Pureflat).

Мониторы, построенные на базе ЭЛТ с теневой маской, обладают следующими достоинствами:

·         четкое формирование символов на экране, особенно при малых размерах шрифта;

·         точное отображение цвета, что особенно важное при подготовке макетов для последующей печати;

·         наилучшее соотношение “цена/производительность”.

Апертурная решетка

Третий тип маски – апертурная решетка (Aperture Grill). Это решение 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. По этой технологии производятся трубки Sony Trinitron и Mitsubishi Diamondtron. Трубки, произведенные по этой технологии, имеют стабилизационные нити, которые хорошо видны, особенно при светлом фоне изображения на мониторе. Благодаря меньшему расстоянию между точками теневая маска теоретически обеспечивает более высокое разрешение, а следовательно, и большую четкость деталей изображения, чем апертурная решетка. Однако трубки с апертурными решетками, в меньшей степени затеняющими электронный луч, чем теневые маски, отличаются повышенной контрастностью картинки и насыщенностью красок. Их недостатками являются тонкие, но хорошо заметные на светлом фоне экрана тени, отбрасываемые двумя поперечными металлическими нитями, которые стабилизируют апертурную решетку, а главное, худшее, чем в случае применения теневой маски, качество сведения лучей. Выбор типа трубки является делом личного вкуса и решаемых задач.

Мониторы с теневой маской, как правило, имеют несколько уровней яркости белого цвета. Центр экрана может оказаться заметно ярче, чем углы. При выборе монитора полезно иметь в виду, что этого недостатка нет у мониторов, оснащенных обратной связью с цифровой коррекцией.

И еще. Сравнение шага апертурной решетки с шагом щелевой или теневой маски некорректно ввиду особенностей их измерения: шаг точек трубки с теневой маской измеряется по диагонали, а апертурной решетки – по горизонтали. При одинаковом шаге точек трубка с теневой маской имеет большую плотность точек, чем трубка с апертурной решеткой.

Хотя ЭЛТ более, чем любой другой компонент, определяет характеристики монитора, но и от качества исполнения таких элементов, как отклоняющая система и видеоусилитель, тоже многое зависит. Поэтому один только факт, что мониторы какого-то производителя (например, Nokia) изготавливаются на базе той же ЭЛТ (трубка Trinitron), что и мониторы другого производителя (SONY), вовсе не говорит об идентичности характеристик этих моделей. На самом деле каждая модель хороша по-своему. Производители ЭЛТ различных типов, естественно, подчеркивают преимущества своей собственной технологии. Многообразие ЭЛТ, представленных на рынке, и обилие мониторов, изготавливаемых с использованием технологически разных ЭЛТ, свидетельствует о том, что каждое решение имеет свои привлекательные стороны и свои недостатки. На самом деле многое здесь зависит от пристрастий пользователя и от специфики его работы.

Размер диагонали и видимой области

Видимая область и диагональ экрана это не одно и то же. Например, у монитора с диагональю 17" видимая область может находиться в интервале от 15 с небольшим до 16,2 дюйма. Естественно, чем больше видимая область, тем лучше, однако ориентироваться по паспортным данным трудно, так как замеряют этот параметр разные производители по разному – одни вытягивают изображение до предела, а другие – оставляют по краям просвет.

Размер диагонали экрана монитора следует выбирать исходя из предназначения.

Сегодня на рынке предлагаются модели с диагоналями от 15 до 21 дюйма. Не стоит рассчитывать на многое при приобретении 15-дюймового монитора. Максимальное разумное разрешение, которое рекомендуется для него – 800х600 пикселей. В рекламных проспектах часто говорится о разрешениях в 1280х1024. Это разрешение конечно можно использовать, но вот только изображение будет крайне мелким. Здесь еще и частоту кадров вспомнить надо бы, но до нее мы доберемся позднее. Если все же вы не можете позволить себе ничего покрупнее, то приобретайте пятнадцатку. На ней вполне возможно решение проблем насущных. Из плюсов 15-ти дюймового монитора стоит отметить, что для его нормальной работы подойдет практически любая видеокарта.

На следующей, более высокой ступени находятся 17-дюймовые мониторы, которые уже успели стать офисным стандартом де-факто. Если вы много времени проводите за компьютером и можете себе позволить приобретение семнадцатки, то вам просто необходимо это сделать (если, конечно, не можете позволить себе что-то побольше). Для этих мониторов можно рекомендовать разрешение 1024х768 для комфортной работы. С комфортом можно использовать и макинтошевское 1152х864. Обеспечить отличное качество изображения при высоких разрешениях (1024х786 и больше) может уже значительно меньшее число видеокарт, нежели 800х600. Поэтому приобретая монитор такое разрешение поддерживающий, проследите еще и за тем, что бы в вашей машине стояла хорошая видеокарта, иначе толку от дорогого монитора с сверхсовершенной электроникой не будет никакого.

Для тех, кому было мало семнадцатки, а приобретение 21-дюймового монитора было не по карману, появился промежуточный, так сказать любительский вариант, – 19". Такому монитору под силу разрешение в 1280х1024, но при этом вы можете испытывать одно неудобство: соотношения сторон монитора (4:3) и разрешений по горизонтали и вертикали (5:4) не совпадают. Много удобнее было бы использовать промежуточные режимы, например 1280 х 960, однако они поддерживаются не каждым драйвером видеокарты.

Вершиной являются мониторы с диагональю экрана 21 и 24 дюйма. Этими мониторами поддерживаются разрешения 1600х1200 и выше. Но очень и очень небольшое число карт способны справиться с таким разрешением, причем дело здесь не в скорости, а качестве изображения, которое многие видеокарты на таких разрешениях и при высоких частотах кадровой развертки просто замыливают.

Тип покрытия

Антибликовые покрытия трубки позволяют избавиться от отраженных изображений на экране. Если вы работаете в затемненном помещении, паразитные блики вам не грозят, и можно работать с "пузатым" бликующим монитором. А если вы работаете днем, то можете увидеть на экране монитора без антибликового покрытия все, что находится сзади Вас.

Антистатическое покрытие трубки избавляет от преждевременного загрязнения поверхности экрана. Во время работы при его отсутствии экран монитора притягивает мельчайшие частички пыли, которые удаляются только с помощью специальных средств или смоченной в спирте фланелевой тряпочки. Если электронно-лучевая трубка монитора защищена антистатическим покрытием, то спирт можно использовать для других не менее полезных целей.

Плоский или “кривой”?

Естественное стремление конструкторов получить изображение без малейших геометрических искажений привело к появлению мониторов с абсолютно плоским экраном. Был дан старт очередному микросражению за симпатии и кошельки потребителей под лозунгом “За изображение без искажения”. Потребители вяло отреагировали на революционную технологию. Почему? Да потому что эти модели реально необходимы ограниченному кругу пользователей, например, при работе с CAD/CAM-приложениями. Для игр на домашнем компьютере, работы с офисными приложениями, даже для графики и WEB-дизайна существующие модели с “обычными” кинескопами зачастую не хуже. Более критичным для качества картинки является сведение, фокусировка, муар, светимость монитора, то есть характеристики, напрямую не связанные с плоским экраном. Конечно, у мониторов с плоским экраном есть еще одно преимущество - отсутствие бликов на экране. Однако современные покрытия кинескопов FST значительно снижают уровень отраженного от экрана света, да и при правильной организации рабочего места проблема бликов решается просто.

Итак, вы определились с выбором модели монитора по группе ее характеристик! Теперь нужно четко уяснить мысль, что каждый монитор является уникальным изделием. Поэтому покупать мониторы в нераспакованном виде без предварительного осмотра довольно рискованно. Предпокупочном тестировании мониторов – самый ответственный этап. При выборе конкретного экземпляра следует тщательно проверять характеристики из нижеперечисленной группы, которые индивидуальны для каждого отдельного устройства:

1.       сведение лучей - отсутствие артефактов (радужных полосок) в центре и по углам экрана;

2.       качество фокусировки - одинаковая четкость в центре и по краям экрана;

3.       правильная геометрия изображения - отсутствие параллелограммного, трапециидального, подушкообразного искажения растра, вращения и изменения линейности изображения;

4.       отсутствие муара - чаще всего проявляется в виде гребней, волн, разводов в основном при отображении чередующихся контрастных линий при высоком разрешении монитора;

5.       цветопередача, яркость и контрастность изображения.

Не забывайте еще и о ваших субъективных ощущениях! Если вам кажется, что картинка на экране неестественная и вам неприятно на нее смотреть, то поглядите другой экземпляр или посмотрите другую модель из сформированного ранее списка.

Не стоит также забывать также и о технической поддержке, потому что мониторы иногда ломаются и чинить их где-то надо.