Мониторы для терминалов

Следующая статья: Плоские мониторы (Flat Monitors) как они устроены

Содержание

• Мониторы для терминалов
• Таблица разновидности распределения функций в различных устройств отображения информации
• Таблица основных классов устройств отображения информации
• Графический монитор
• Цветной монитор
• Цифровой монитор
• Таблица характеристики мониторов
• Цветоделительные маски
• Выбор монитора
• Безопасность монитора
• Таблица знаков, удостоверяющие, что терминал удовлетворяет требованиям ТСО-ХХ
• Таблица cравнительных характеристик ТСО-95 и ТСО-99
• Таблица требований стандарта DPMS

Мониторы для терминалов

Мониторы - Устройства отображения информации. Во всех типах устройств отображения информации (УОИ, сюда относятся мониторы/ дисплеи, проекторы, и другие индикаторы) присутствуют три типа функциональных элементов:

• активатор (А), являющийся источником энергии, в конечном итоге преобразующейся в световое излучение изображения;
• модулятор (М) - устройство управления выводом изображения;
• визуализатор (В) - среда, в которой формируется видимое изображение.

Таблица разновидности распределения функций в различных устройств отображения информации

Эти элементы могут быть частично или полностью совмещены (интегрированы), и таким образом, можно выделить по меньшей мере четыре класса УОИ.

Таблица основных классов устройств отображения информации

Подавляющее большинство мониторов сконструированы на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), и принцип их работы аналогичен принципу работы телевизора. Используемая в этом типе мониторов технология была разработана много лет назад и первоначально создавалась в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, то есть для осциллографа.

Графический монитор

Графический режим монитора предназначен для вывода на экран графиков, рисунков и так далее Разумеется, в этом режиме можно выводить также и текстовую информацию в виде различных надписей, причем эти надписи могут иметь произвольный шрифт, размер букв и так далее

В графическом режиме экран монитора состоит из точек (пикселей), каждая из которых может быть темной или светлой на монохромных мониторах или одного из нескольких цветов - на цветном. Количество точек по горизонтали и вертикали называется разрешающей способностью монитора в данном режиме. Например, выражение разрешающая способность 640 х 200 означает, что монитор в данном режиме выводит 640 точек по горизонтали и 200 точек по вертикали. Следует заметить, что разрешающая способность не зависит от размера экрана монитора, подобно тому как и большой, и маленький телевизоры имеют на экране 625 строк развертки изображения.

Мониторы различаются также по способу передачи изображения от компьютера к дисплею.

1. Композитный дисплей имеет одну аналоговую входную линию. Может быть как цветным, так и монохромным. Видеосигнал подается на дисплей в стандарте NTSC. Используется с видеоадаптером (ВА) CGA.
2. Цифровой дисплей имеет до шести входных линий. На нем может отображаться до 2" различных цветов, где n - число входных линий. Используется с ВА EGA.
3. Аналоговый RGB-дисплей имеет три аналоговые входные линии. Количество цветов, которые может отображать аналоговый дисплей, ограничено только возможностями ВА. Используется с ВА VGA, SVGA, XGA.

Принцип действия мониторов на основе ЭЛТ заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый специальным веществом - люминофором, вызывает его свечение. Конструкция ЭЛТ-монитора представляет собой стеклянную трубку, внутри которой находится вакуум. С фронтальной стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором - веществом, которое испускает свет при бомбардировке его заряженными частицами. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов - иттрия, эрбия и других. 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, где энергия электронов преобразуется в свет, то есть поток электронов заставляет точки люминофора светиться. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение на мониторе.

Принципы функционирования монитора на ЭЛТ (CRT)

Цветной монитор

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, а также размещенные на основании ЭЛТ катушки отклоняющей системы для изменения направления пучка. 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.

Ход электронного пучка по экрану

• а - ход электронного пучка по экрану;
• б - обычные пиксельные триады;
• в - система формирования луча;
• г - усовершенствованные триады (Hitachi, 1997 года);

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) происходит путем управления специальными сигналами обратного хода.

В отличие от телевизора, где видеосигнал, управляющий яркостью электронного пучка, является аналоговым, в мониторах персональных компьютеров используется как аналоговый, так и цифровой видеосигнал. В связи с этим мониторы для персональных компьютеров принято разделять на аналоговые и цифровые. Первыми устройствами отображения информации персонального компьютера были цифровые мониторы.

Цифровой монитор

В цифровых мониторах управление осуществляется двоичными сигналами, которые имеют только два значения: логическая «1» и логический «0». Уровню логической единицы соответствует напряжение около 5 В, уровню логического нуля - не более 0.5 В.

Поскольку такие же уровни «1» и «0» используются в широко распространенной стандартной серии микросхем на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), цифровые мониторы называют ТТЛ-мониторами. Первые ТТЛ-мониторы были монохромными, впоследствии появились цветные.

Главным параметром монитора является размер диагонали экрана (Screen Size), который принято измерять в дюймах (таблица 4.4). По умолчанию считается, что ширина экрана больше его высоты и соотношение этих размеров составляет 4:3. Такую ориентацию называют «пейзажной» (landscape), хотя это определение обычно опускают. Заметим, что стандартные графические режимы с высоким разрешением (640 х 480.800 х 600 и более) имеют то же соотношение числа точек в строке и числа строк. Этим достигается неискаженное изображение фигур: квадрат на экране будет иметь стороны с одинаковым числом пикселей. Существуют мониторы с «портретной» (portrait) ориентацией, у которых высота больше ширины. Это вовсе не «повернутые на бок» обычные мониторы, поскольку строки развертки у них остаются горизонтальными.

Заметим, что указанный размер диагонали не является размером изображения, выводимого с гарантированным уровнем качества. По краям экрана (особенно по углам) возможны геометрические искажения, нарушение фокусировки и сведения лучей. По этим причинам изображение (видимая часть растра) выводится на меньшую площадь. Так, например, для экрана 15' размер видимой (высококачественной) части изображения может составлять, например, 13.7'.

Таблица характеристики мониторов

Важным параметром является также размер зерна экрана. Существуют мониторы с зернистостью 0.42; 0.39; 0.31; 0.28; 0.26 миллиметров и меньше. По зернистости и размеру экрана можно определить фактическую разрешающую способность экрана, поскольку зерно является мельчайшей единицей изображения.

Допустимая частота развертки определяется в основном параметрами отклоняющей системы и мощностью генератора строчной развертки. В соответствии с нормами ТСО-99 минимальная частота регенерации (вертикальной развертки) должна составлять 85 Гц в любом режиме, а рекомендуемая - 100 Гц. Для обеспечения прогрессивной (нечередующейся) развертки в режимах с высоким разрешением (большим числом строк) требуется очень высокая частота строчной развертки. Так, для режима 1024 х 768 при частоте регенерации 85 Гц строчная частота должна быть порядка 70 кГц, а для 1600 х 1200 при частоте регенерации 100 Гц - 126 кГц.

На реальную разрешающую способность существенно влияет полоса пропускания видеотракта (Video Bandwidth). Ее связь с выбранным видеорежимом (количество точек и строк) и параметрами Развертки (частота и режим) была показана выше. При недостаточно широкой полосе пропускания мелкие детали - точки или вертикальные линии толщиной в один пиксель - могут становиться нечеткими и даже незаметными. В технических данных на монитор обычно указывают предельное разрешение и максимальные частоты разверток.

Приближенно требуемая полоса пропускания BW (Гц) оценивается по соотношению:

BW = kHVF,

где Н - число точек в строке; К - число строк; F - частота вертикальной развертки, Гц.

Поправочный коэффициент к = (1.3... 1.4) учитывает «простои» вывода точек при обратном ходе по строке и кадру. Для чересстрочной развертки в формулу подставляется половина частоты развертки.

Так, например, для прогрессивной развертки с частотой кадров 75 Гц для режима 800 х 600 требуется полоса 45 МГц, для 1024 x 768 - 75 МГц, а для 1280 х 1024 - 125 МГц. Чем больше размер экрана, тем больше должна быть полоса пропускания, поскольку чем больше экран, тем большего от него требуют разрешения. Так, по самым жестким меркам высококачественный монитор 14« должен иметь полосу 65 МГц, 15» - 100 МГц, а 17» - более 135 МГц.

Цифровые RGB-мониторы предназначены для подключения к видеокартам стандарта CGA и EGA. Объем палитры цветов каждого из мониторов определяется количеством двоичных сигналов, используемых для управления электронными пушками. Видеосигнал на монитор подается по четырем проводам: трем основным (R, G, В) и одному дополнительному (Intensity или Т). Сигнал I изменяет интенсивность трех пушек одновременно. В этом случае говорят о цветной модели IRGB, позволяющей отобразить 2⁴ = 16 цветов.

На монитор EGA видеосигнал подается уже по шести проводам: сигналы трех основных (R, G, В) и трех дополнительных (г, g, b) цветов, позволяющие индивидуально регулировать интенсивность каждой пушки. Такая модель называется Rr, Gg, Bb. Она позволяет отобразить 2⁶ = 64 оттенка цвета, однако ее возможности использованы в видеосистеме EGA лишь частично - из-за ограниченного объема видеопамяти для кодирования цвета пикселя отводится не более 4 бит, поэтому одновременно можно отобразить только 16 цветов.

Цифровые RGB-мониторы поддерживают также монохромный режим работы с отображением до 16 годаадаций серого.

Цветоделительные маски

Для того чтобы каждая пушка направляла поток электронов только на пятна люминофора соответствующего цвета, в каждом цветном кинескопе имеется специальная цветоделительная маска. Конструктивно цветоделительная маска представляет собой металлическую пластину из специального сплава - инвара (сплава железа с никелем) с системой отверстий, соответствующих точкам люминофора, нанесенным на внутреннюю поверхность кинескопа. Отверстия обеспечивают изоляцию люминофора от «чужого» пучка, выступая в роли своеобразных «коридоров» для потоков электронов.

Температурная стабилизация формы маски при ее бомбардировке электронным пучком обеспечивается малым значением коэффициента линейного расширения инвара. В зависимости от расположения электронных пушек и конструкции цветоделительной маски различают ЭЛТ четырех типов, используемых в современных мониторах:

• ЭЛТ с теневой маской (Shadow mask) наиболее распространены в большинстве мониторов, производимых LG, Samsung, Viewsonic, Hitachi, Belinea, Panasonic, Daewoo, Nokia;
• ЭЛТ с улучшенной теневой маской (EDP - Enhanced Dot Pitch). Для увеличения коэффициента пропускания фирма Hitachi разработала маску с овальными отверстиями, расположенными на уменьшенном расстоянии друг от друга по горизонтали;
• ЭЛТ со щелевой маской (Slot mask), в которой люминофорные элементы расположены в вертикальных ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Вертикальные полосы разделены на ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов основных цветов. Применяется этот тип маски фирмами NEC и Panasonic;
• ЭЛТ с апертурной решеткой из вертикальных линий (Aperture grill). 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 и Mitsubishi. Апертурная решетка образована системой щелей, выполняющих ту же функцию, что и отверстия в теневой маске.

Различные типы ЭЛТ

• а - теневая маска;
• б - щелевая маска;
• в - апертурная решетка.

Различие ЭЛТ с теневой маской и апертурной решеткой

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.

Апертурная решетка представляет собой более ажурную маску, которая меньше заслоняет экран и позволяет получить более яркое, контрастное изображение в насыщенных цветах. Минимальное расстояние между люминофорными элементами одинакового цвета в теневых масках называется dot pitch (или шаг точки) и является характеристикой качества изображения. Шаг точки обычно измеряется в миллиметрах (мм). 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 0.25 до 0.41 миллиметр (у хороших мониторов - не более 0.28 мм).

В ЭЛТ с апертурной решеткой среднее расстояние между полосами называется strip pitch (или шагом полосы) и измеряется в миллиметрах (мм). Чем меньше значение strip pitch, 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 миллиметров шага полосы приблизительно эквивалентны 0.27 миллиметров шага точки.

Различие в измерении шага точки для мониторов различных типов

Выбор монитора

При выборе следует провести тестирование качества выводимого на экран монитора изображения с помощью специальный утилиты, например Nokia Monitor Test. В случае отсутствия специальных утилит используют визуальный контроль качества. Предварительно необходимо включить монитор и дать ему прогреться не менее 20 мин. После непрерывной работы в течение 1.5-2 ч можно заметить такой тип брака, как появление на экране слабо выраженных нарушений чистоты тона, хорошо заметные на белом фоне и с большого расстояния. На некоторых мониторах такой эффект может выражаться достаточно сильно. Например, весь экран может приобрести голубоватый оттенок, а пятна - немного желтоватый. Подобные проблемы связаны с термодеформацией маски ЭЛТ-монитора.

Проверка фокусировки электронных пушек как в центре экрана, так и по углам производится путем наблюдения темного текста на светлом фоне в центре и в углах экрана. Буквы должны быть четкими и хорошо читаемыми, а на краях экрана пиксели не должны размазываться или двоиться.

Проверка сведения может быть выполнена путем наблюдения белых линий, отображаемых на черном фоне. Если на линии появляются полосы другого цвета, в этом случае воспроизведение на данном мониторе мелких объектов, таких как символы или линии, может быть посредственным.

Геометрические искажения можно выявить путем перемещения объекта с постоянными размерами, например любого окна приложения небольшого размера, по экрану и измерения его размеров в разных частях экрана. Если размеры окна изменяются в разных частях экрана, значит, присутствует геометрическое искажение, которое, возможно, нельзя исправить, особенно если в мониторе не предусмотрены изменяемые параметры настройки геометрии в достаточном количестве.

Типовые формы геометрических искажений

Цветопередача может быть проконтролирована путем последовательного отображения на экране чистых красного, зеленого и синего цветов и наблюдения за тем, как эти цвета отображаются на экране. Если цвет отображается неправильно, значит, у монитора неверная цветопередача.

Неравномерность засветки выявляют при выведении на экран полностью белого изображения. Яркость должна быть равномерной по всей площади и не должно быть заметно никаких явных цветных или темных пятен.

Муар или комбинационное искажение проявляется на фоне или вокруг объектов в виде контуров линий, волн, ряби и так далее Муар является следствием явления естественной интерференции, которое проявляется на всех ЭЛТ-мониторах. Муар зависит от используемого разрешения и размера монитора и лучше всего заметен именно при высоких разрешениях на мониторах с хорошо сфокусированными лучами. Если виден муар, значит, монитор хорошо сфокусирован. Если муар не наблюдается, возможно, у монитора плохая фокусировка. В некоторых мониторах предусмотрена регулировка муара.

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

Безопасность монитора

Эти характеристики регламентируются стандартами:

МРR - 11 - стандарт безопасности мониторов, разработан Национальной лабораторией измерения и тестирования Швеции в 1987 году и активно поддерживается производителями мониторов с 1990 года Этим стандартом, в частности, устанавливается максимальный уровень излучения (точнее, напряженности поля) в 2.5 В/м на расстоянии 50 сантиметров от монитора.

ТСО. Спецификации ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99 предложены Шведской конфедерацией профсоюзов. ТСО-92, выпущенный в 1992 году, определяет параметры электромагнитного излучения, дает определенную гарантию противопожарной безопасности, обеспечивает электрическую безопасность и определяет параметры энергосбережения. По сравнению с MPR-1I он устанавливает более жесткие нормы на излучение от мониторов. Максимально допустимый уровень излучения определен в 1 В/м на расстоянии 30 сантиметров.

Таблица знаков, удостоверяющие, что терминал удовлетворяет требованиям ТСО-ХХ

TCO-95	TCO-99	TCO-03	TCO-06
TCO-95	TCO-99	TCO-03	TCO-06

Таблица cравнительных характеристик ТСО-95 и ТСО-99

Стандарт ТСО-95 предъявляет такие же требования по излучению, но обязывает также изготавливать монитор из материалов, подлежащих вторичной переработке и не наносящих вред окружающей среде. Еще более жесткие требования по излучению введены в стандарте ТСО-99 (таблица 4.6).

В дальнейшем были приняты стандарты ТСО-ОЗ и -06 (2003-2006 года.).

ТСО-ОЗ регламентирует характеристики как ЭЛТ-мониторов, так и плоскопанельных дисплеев. Усиливаются требования к яркости и степени разрешения, скорости загрузки изображения, характеристикам основных цветов (RGB), степени вертикальных искажений, производимым шумам. ТСО-06 формулирует требования к мультимедийным мониторам, плоскопанельным телевизорам и многофункциональным устройствам отображения. По сравнению с ТСО-ОЗ имеются следующие изменения: более строгие требования к уровню яркости, температурному режиму, линейности цветовой шкалы; снижены требования к энергопотреблению и степени пикселизации экрана.

Известен также стандарт DPMS (Display Power Management Signaling - сигналы управления энергопотреблением монитора) - стандарт, созданный VESA для многостадийного снижения энергопотребления монитора. Для реализации стандарта его должен поддерживать монитор. В стандарте оговорены четыре уровня.

Таблица требований стандарта DPMS

Видео: «Искусство»

Создание музыкального произведения посредством компьютерных технологий