Учебники 80389

STN удалось снизить в среднем до 30 мс. Это соответствует частоте смены кадров 33 Гц. Как известно, в современных CRT-мониторах частота кадров, в зависимости от режима, составляет 100 Гц и выше, что дает время отклика 10 мс. Чтобы расширить углы обзора, в STN-матрицах стали использовать еще один слой, который представляет собой полимерную пленку с коэффициентом преломления, большим, чем у самих жидких кристаллов. Благодаря этому удалось, не внося серьезных изменений в технологию производства, увеличить углы обзора в среднем до 120° по горизонтали и 110° по вертикали. LCD-панели, имеющие такую конструкцию, получили названия TN+Film или Film Compensated STN (FSTN). Наряду с увеличенными углами обзора матрицы FSTN отличаются более высокой контрастностью и яркостью, чем у обычных STN-панелей. Создание матриц FSTN, хотя и позволило улучшить характеристики LCD-панелей, все же не решило проблему углов обзора и инерционности. Не требуя радикального изменения конструкции матриц и процесса их производства, т. е. не вызывая

Рис.8.50 Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах

значительного роста себестоимости, технология FSTN послужила переходным решением, позволившим разработать более совершенные технологий.

Структуру и принцип работы активной матрицы с технологией

TFT (thin film transistor – на тонкопленочных транзисторах).

Поперечное сечение панели на тонкопленочных транзисторах представляет собой многослойную структуру, показанную на рис.8.50.

Крайний слой любой из сторон выполнен из стекла. Между этими слоями расположен тонкопленочный транзистор, панель цветного фильтра, обеспечивающая нужный цвет – красный, синий или зеленый – и слой жидких кристаллов. Кроме этого для освещения экрана изнутри используется лампа подсветки.

При нормальных условиях, когда нет электрического заряда, жидкие кристаллы находятся в аморфном состоянии. В этом состоянии жидкие кристаллы пропускают свет. Количеством света, проходящего через жидкие кристаллы, можно управлять с помощью электрических зарядов – при этом изменяется ориентация кристаллов.

TFT-экран состоит из целой сетки таких пикселей, где работой каждого цветового участка каждого пикселя управляет отдельный транзистор.

241

Для нормального обеспечения экранного разрешения 1024×768 (режим SVGA) монитор должен располагать именно таким количеством пикселей.

Как и в традиционных электроннолучевых трубках, пиксель формируется из трех участков – красного, зеленого и синего. А различные цвета получаются в результате изменения величины соответствующего электрического заряда (что приводит к повороту кристалла и изменению яркости проходящего светового потока).

За последние десять лет стали известны и внедрены в производство целый ряд новых технологий изготовления жидкокристаллических панелей. Так, компанией Hitachi еще в конце 1995 г. была разработана технология In-Plane Switching (IPS). Ее главное отличие от TN, STN и FSTN состоит в том, что жидкие кристаллы располагаются параллельно стеклянной подложке, а не закручиваются в спираль. Углы обзора достигают 170° как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Время отклика у IPS-матриц невелико – порядка 25 мс, частота обновления картинки 40 Гц. Большим недостатком являлсябольшойшагмеждуячейками, инеобходимостьмощнойподсветки.

Компания Fujitsu в 1996 г. предложила технологию Multi-Domain Vertical Alignment (MVA), которая сегодня стала более распространенной, чем IPS. Суть заложенной в данную технологию идеи состоит в том, что каждый элемент матрицы объединяет несколько жидкокристаллических цепочек (доменов), а кристаллы в каждом домене выравниваются под углом, наиболее выгодным для обзора со своей стороны. Достигается это путем создания на внутренней подложке выступов-пирамидок, грани которых задают общий наклон доменам. При отсутствии напряжения кристаллы в цепочках вытягиваются в линию, почти перпендикулярную подложке. Свет при этом не проходит, т.е. пиксель погашен (черный). Подавая напряжение на электроды, размещенные на обеих подложках (как и в случае TN), можно поворачивать кристаллы относительно оси цепочек. Соответственно изменяется количество пропускаемого ячейкой света.

Пиксель формируется тремя ячейками матрицы – красного, зе-

леного и синего цветов. Каждая ячейка матрицы MVA состоит из четырех доменов, ориентированных под углами, благоприятными для наблюдения с разных сторон. Вследствие этого в технологии MVA получаются самые большие по площади пиксели, что обеспечивает высокую яркость и контрастность изображения при менее мощном, чем требует IPS, источнике подсветки. Жидкокристаллические панели с технологией MVA имеют увеличенные углы обзора по горизонтали и вертикали, а также значительно меньшее время отклика пикселя.

Преимущества ЖК мониторов:

экономичность; меньшие размеры и вес;

отсутствие вредных высокочастотных излучений; отсутствие мерцания экрана; большая по сравнению с ЭЛТ видимая часть экрана.

242

Недостатки:

фиксированное оптимальное разрешение экрана, однозначно связанное с количеством элементов в матрицы;

ограниченные углы обзора по горизонтали и вертикали (углы обзора по горизонтали и вертикали определяются по падению контрастности изображения монитора 10:1; ряд производителей приводят данный параметр для случая падения контрастности 5:1, в этом случае заявленные углы обзора будут больше);

конечное (достаточно большое) время отклика ячейки матрицы, что имеет принципиальное значение при отображении на экране динамических объектов. Современные технологии обеспечивают быстродействие до 2 мс.

Основные характеристики жидкокристаллических мониторов:

контрастность, яркость, время отклика и интерфейс подключения. Контрастность показывает, сколько уровней яркости могут созда-

вать пиксели матрицы; она указывается двумя числами, например, 800:1. Сами по себе пиксели и лежащие в их основе жидкие кристаллы не вырабатывают свет, они лишь пропускают свет от подсветки. И темный экран вовсе не означает, что подсветка не работает, просто пиксели блокируют этот свет и не пропускают его сквозь экран. Чем больше отношение тем сильнее отличается светлая ячейка от темной.

Яркость жидкокристаллического монитора может быть выше яркости электронно-лучевой трубки. Значение данного параметра приводится в виде числа с единицами измерения кд/м2 (кандел на квадратный метр).

Время отклика показывает время (в миллисекундах), необходимое для переключения пикселя с черного цвета на белый и обратно. Производители указывают это время, поскольку отклик такого перехода минимален, что обусловлено принципом работы ячейки жидкокристаллической матрицы. На самом деле время отклика (обновления) пикселя зависит от его начального состояния и требуемого конечного состояния. Чем ближе исходный и конечный оттенок пикселя (например, черный цвет и наиболее темный серый оттенок), тем больше время отклика. Это связано с тем, что для такого перехода жидкие кристаллы пикселя должны быть повернуты на незначительный угол, что достигается малой величиной приложенного электрического поля, а малая величина электрического поля обусловливает малую скорость поворота жидких кристаллов.

Большинство современных мониторов используют интерфейс DVI

(Digital Visual Interface), разработанный Digital Display Working Group. Пе-

реход на цифровой интерфейс избавляет от искажений картинки и позволяет заметно уменьшить стоимость монитора. Интерфейс DVI использует дифференциальную технологию передачи Transition Minimized Differential Signaling (TMDS) и имеет сдвоенную архитектуру (Dual Link), состоящую из 2×3 каналов. Дифференциальный способ передачи сигналов помогает избавиться от влияния большинства помех. При передаче данных по трем каналам (12 контактов на разъеме) обеспечиваются полоса пропускания 165

243

МГц и поддержка разрешений до 1920×1080 пикселей при частоте кадров 60 Гц или до 1280×1024 пикселей при 85 Гц. Использование всех шести каналов удваивает полосу пропускания и делает доступными режимы до 2048×1536 пикселей при 60 Гц или до 1920×1080 пикселей при 85 Гц. При этом задействованы все 24 контакта разъема.

Интерфейс DVI предусматривает возможность передачи, кроме цифровых данных и аналоговые сигналы для CRT-мониторов. Реализация только цифровой части стандарта обозначается DVI-D. Интерфейс, по которому передаются и аналоговые сигналы, получил название DVI-I. Разъемы кабелей DVI-D и DVI-I отличаются числом контактов (у DVI-I их на 4 больше), но одинаковы по форме, совместимы между собой и со всеми графическими картами, оснащенными DVI-коннектором.

8.4.4. Другие типы плоскопараллельных дисплеев

Плазменные дисплеи (Plasma Display Panel PDF) создаются путем за-

полнения пространства между двумя стеклянными поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Затем на стеклянную поверхность наносят миниатюрные прозрачные электроды, на которые подается высокочастотное напряжение. Под действием этого напряжения в прилегающей к электроду газовой области возникает электрический разряд. Плазма газового разряда излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне, который вызывает свечение частиц люминофора в диапазоне, видимом человеком. Фактически каждый пиксель на экране работает как обычная лампа дневного света. Высокая яркость и контрастность наряду с отсутствием дрожания являются важнейшими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к нормали, под которым можно увидеть изображение на плазменных мониторах, существенно больше, чем у ЖКмониторов.

Основными недостатками такого типа мониторов является достаточно высокая потребляемая мощность, возрастающая при увеличении диагонали монитора, и низкая разрешающая способность (не более 1024 х 768), обусловленная большим размером элемента изображения. Кроме этого, свойства люминофорных элементов со временем ухудшаются, и экран становится менее ярким, поэтому срок службы плазменных мониторов ограничен 10 000 ч, что составляет около 5 лет при интенсивном использовании. Из-за этих ограничений, такие мониторы используют пока только для конференций, презентаций, информационных щитов, т. е. там, где требуются большие размеры экранов для отображения информации. Такие крупнейшие производители,

как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие, начали производст-

во плазменных мониторов с диагональю 40" и более.

Плазменные панели гораздо чаще используются как экраны для коллективного просмотра изображения с одного и того же компьютера, чем как дисплей для персональной ЭВМ.

Электролюминесцентные мониторы (Electric Luminescent displays ELD) по своей конструкции аналогичны ЖКмониторам. Принцип действия

244

электролюминесцентных мониторов основан на явлении испускании света при возникновении туннельного эффекта в полупроводниковом р-n- переходе. Такие мониторы имеют высокие частоты развертки и яркость свечения, кроме того, они надежны в работе. Вместе с тем они уступают ЖКмониторам по энергопотреблению, поскольку на ячейки подается относительно высокое напряжение - около 100 В. При ярком освещении цвета электролюминесцентных мониторов тускнеют.

Мониторы электростатической эмиссии (Field Emission Displays, FED) являются сочетанием традиционной технологии, основанной на использовании ЭЛТ, и жидкокристаллической технологии. Мониторы FED основаны на процессе, который несколько похож на тот, что применяется в ЭЛТмониторах, так как в обоих методах применяется люминофор, светящийся под воздействием электронного луча. В качестве пикселей применяются такие же зерна люминофора, как и в ЭЛТмониторе, что позволяет получить чистые и сочные цвета, свойственные обычным мониторам. Однако активизация этих зерен производится не электронным лучом, а электронными ключами, подобными тем, что используются в ЖКмониторах, построенных по TFT-технологии. Управление этими ключами осуществляется специальной схемой, принцип действия которой аналогичен принципу действия контроллера ЖКмонитора.

Органические светодиодные мониторы (Organic Light-Emitting Diode displays, OLEDs), или LEP-мониторы (Light Emission Plastics —

светоизлучающий пластик), по своей технологии похожи на ЖК- и ELDмониторы, но отличаются материалом, из которого изготавливается экран: в LEP-мониторах используется специальный органический полимер (пластик), обладающий свойством полупроводимости. При пропускании электрического тока такой материал начинает светиться.

Основными преимуществами LEP-технологии по сравнению с рассмотренными ранее являются:

•низкоеэнергопотребление(подводимоекпикселунапряжениеменее3В);

•простота конструкции и технологии изготовления;

•тонкий (около 2 мм) экран;

•малая инерционность (менее 1 мкс).

Ксущественным недостаткам этой технологии следует отнести: малую яркость свечения экрана; монохромность изображения (черно-желтые экраны); малый размер экрана. LEP-мониторы используются пока только в портативных устройствах, например в сотовых телефонных трубках.

8.4.5. Манипуляторы — мыши, трекболы. Дигитайзеры

Различают относительные и абсолютные устройства. К относительным относятся мышь (mouse), трекбол (trackball), джойстик (joystick), тачпад (touchpad). К абсолютным — дигитайзер (digitizer).

В абсолютных манипуляторах при перемещении указателя на некоторую точку получают ее представление в виде конкретной позиции экра-

245

на или конкретного выбора меню (например, если нужно выбрать центр экрана, т. е. курсор поместить в центр экрана монитора, то достаточно переместить указатель дигитайзера на центр планшета).

В относительном манипуляторе нельзя указывать абсолютные позиции. Здесь перемещение экранного указателя на некоторое расстояние относительно его текущей позиции возможно получить перемещением указателя манипулятора на то же относительное расстояние. Например, при использований мыши, если нужно передвинуть курсор в центр экрана, то, видя текущую позицию курсора, необходимо передвинуть мышь из текущей позиции в таком направлении, при котором курсор будет передвигаться к центру.

Дигитайзеры

Дигитайзер используется для выбора некоторой позиции на экране, для этого необходимо указателем дигитайзера выбрать соответствующую точную точку на планшете. Дигитайзер состоит из двух частей — планшета и наводчика (puck), или пера. Планшет — это плоский прямоугольник позиционирования, а наводчик или перо — устройство управления позицией. Наводчик похож на мышь и имеет перекрестную мишень выбора необходимой позиции на планшете и набор кнопок (рис.8.51).

Рис.8.51. Внешний вид дигитайзера

За каждой кнопкой как наводчика, так и пера можно закрепить определенные действия (COPY, SAVE и др.). Гибкость выполнения такого назначения зависит от программируемости драйвера устройства.

Планшет подключается к последовательному порту, а наводчик или перо - к планшету. Планшеты могут иметь различные размеры (форматы А2 или A3 и т. д.). Удобнее всего дигитайзеры применять в системах с программами CAD (Computer-Aided Design — система автоматизированного проектирования).

Часто с дигитайзером связывают командное управление в AutoCAD и аналогичных системах с помощью накладных меню. Команды меню расположены в разных местах на поверхности дигитайзера. При выборе курсором одной из них специальный программный драйвер интерпретирует координаты указанного места, посылая соответствующую команду навыполнение.

Не последнюю роль играет применение планшета в создании на компьютере рисунков и набросков. Художник рисует на экране, но его рука водит пером по планшету. Наконец, дигитайзер можно использовать просто как аналог мыши.

246

Принцип действия дигитайзера основан на фиксации местоположения курсора с помощью встроенной в планшет сетки, состоящей из проволочных или печатных проводников с довольно большим расстоянием между ними (от 3 до 6 мм). Но механизм регистрации положения курсора позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 100 линий на миллиметр). Шаг считывания информации называется разрешением дигитайзера.

По технологии изготовления дигитайзеры делятся на два типа:

•электростатические (ЭС);

•электромагнитные (ЭМ).

В первом случае регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под курсором. Во втором — курсор излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. Фирма Wacom создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка излучает, а курсор отражает сигнал. Но в обоих случаях приемником является сетка. Следует отметить, что при работе ЭМ-планшетов возможны помехи со стороны излучающих устройств, в частности мониторов.

Независимо от принципа регистрации существует погрешность в определении координат курсора, называемая точностью дигитайзера. Точность существующих планшетов колеблется в пределах от 0,005 до 0,03 дюйма. В среднем точность электромагнитных дигитайзеров выше, чем у электростатических.

Технологии чувствительных к нажиму дигитайзеров. В настоящее время есть две технологии, применяемые в чувствительных к нажиму дигитайзерах: первая — это электромагнитный резонанс, на основе которого работают дигитайзеры фирмы Wacom, позволяющий применять пассивное стило, а вторая — метод активного курсора.

При использовании электромагнитного резонанса излучающим (активным) устройством является сам дигитайзер. Поэтому перо или курсор не имеют ни батарей, ни шнура, подающего напряжение на микросхемы внутри курсора, их там просто нет. При использовании же активного курсора именно он излучает волны, сообщая таким образом дигитайзеру о своем местоположении. В этом случае либо батареи, либо провод являются его неотъемлемым атрибутом. Но независимо от системы в обоих случаях информация о положении курсора относительно сетки, встроенной в поверхность дигитайзера, преобразуется в компьютере так, что мы получаем данные о точном положении курсора.

Манипулятор мышь.

Одним из традиционных компьютерных устройств ввода является манипулятор мышь (mouse), в ранних советских ЭВМ фигурировавшая под названием «колобок». Первый прототип “мыши” появился в 1962 году и содержал два колесика - одно следило за движениями по горизонтали, другое по вертикали. Одновременно оба колесика работать не могли. Официально первая мышка называлась X-Y Position Indicator for a Display System (Инди-

247

катор положения X-Y для системы отображения), но разработчики между собой ее называли "мышь", за провод, напоминающий мышиный хвост.

Дальнейшую модернизацию выполняли конструкторы Xerox и Apple. Мышь стала разборной и имела небольшой шарик и ролики.

В настоящее время существует два класса принципиально различных по устройству мышей – механические и оптические.

Механическая мышь – это электронное устройство ввода информации, в котором, положение курсора на экране, связано с физическим положением устройства механическими преобразователями (рис.8.52). Положение регистрируется за счет перемещения шарика при движении устройства, с последующим преобразованием, датчиками в электрические импульсы.

Известны два вида датчиков для шарового привода.

Контактный датчик – это диск с лучевидными металлическими дорожками и тремя контактами, прижатыми к нему. Такой датчик был унаследован от прямого привода. Основными недостатками является окисление контактов, быстрый износ и невысокая точность.

Этих недостатков лишен оптопарный (оптомеханические) датчик. В этом датчике диск с контактами был заменен на диск с прорезями. Помещается диск между инфракрасным светодиодом и фотоприемником. Когда вращается колесо, прерывая зубцами луч света, курсор движется (рис.8.52). Эта конструкция была очень распространена. Мыши с такими датчиками назывались оптико-механические.

Оптическая мышь. Революцион-

ным изобретением Стивена Кирша стала мышь лишенная шарика и роликов. По каждой координате располагались светодиод и фотоприемник, связанные отражением от поверхности по которой перемещается мышь (рис.8.53). Поверхностью являлся специальный металлический коврик, покрытый сеткой тёмных

полос. При перемещении изменялась яркость отраженного света, преобразуемая в электрические импульсы координаты курсора(рис.8.54).

248

Устройство ввода в котором положение курсора связано с физическим положением оптическими преобразованиями называют - оптическая мышь.

Первая оптическая мышь была выпущена компанией Microsoft в 1999

году.

Основными недостатками были: высокая стоимость, наличие специального коврика и чувствительность мыши к загрязнению коврика.

Современные оптические мыши имеет три основных элемента: светодиод, освещающий рабочую площадку, оптический сенсор в виде простейшей матрицы светочувствительных элементов (похожей на матрицу в цифровых фотоаппаратах, но значительно меньшего разрешения - примерно 16х16 пикселей), и сигнальный микропроцессор (DSP), умеющий распознавать образы.

Работа оптической мыши состоит в следующем: Свет, от светодиода рабочей подсветки отражается от поверхности рабочего стола (или коврика) и фокусируется с помощью линзы фокусировки отраженного света. Сфокусированный пучок света попадает на фотоприемник, обеспечивающим работу оптического сенсора мыши (рис.8.55,а).

а) б)

Рис. 8.55 Подсветка поверхности с помощью светодиода (а) и лазера (б).

Оптический сенсор периодически сканирует участок рабочей поверхности под мышью. При изменении рисунка процессор определяет, в какую сторону и на какое расстояние сместилась мышь. Сканируемый участок подсвечивается светодиодом (обычно — красного цвета) под косым углом, отраженный свет фокусируется с помощью линзы и поступает на светочувствительную матрицу, которая фотографирует поверхность под собой полторы тысячи раз в секунду. Оптическая мышь с помощью чипа DSP обрабатывает полученные снимки, сравнивает их между собой определяет смещения картинки и подаёт соответствующие сигналы компьютеру. Работают такие мыши практически на любой поверхности, исключая лишь зеркальные, полированные и поверхности с крупноволокнистой фактурой. Точность позиционирования, почти нулевая инерционность, отсутствие необходимости в чистке - всё это помогло оптическим мышам завоевать популярность у пользователей.

Первые широко продаваемые оптические мыши оказались чувствительны к рисунку и структуре коврика. На некоторых участках рисунка графический процессор способен сильно ошибаться, что приводит к хаотичным движениям курсора, абсолютно неадекватным реальному перемещению.

249

Для склонных к таким сбоям мышей необходимо подобрать коврик с иным рисунком или вовсе соднотонным покрытием.

Отдельные модели также склонны к детектированию мелких движений при нахождении мыши в состоянии покоя, что проявляется дрожанием курсора на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону. Поэтому внутренности оптических мышей постоянно модернизируются, и сейчас такие сбои встречаются редко.

Например, разработана мышь, у которой вместо одного датчика перемещения, расположено сразу два. Вследствие этого, происходит сканирование изменений сразу на двух участках поверхности.

Помимо датчика в устройстве имеется ещё контроллер, функции которогосостоят вобеспечении работыкнопок, колёсика прокрутки, чтении информацииоперемещениииздатчикаиработыпоинтерфейсуPS/2 USB илиCOM.

Лазерные мыши. Не так давно появились устройства, использующие не светодиод, а инфракрасный лазер для подсветки поверхности. Преимуществом такого подхода является существенно лучшая контрастность получаемого на сенсоре снимка поверхности (рис.8.55,б), что и обеспечивает лучшую распознаваемость; успешная работа на стеклянных и зеркальных поверхностях (недоступных оптическим мышам); отсутствие заметного свечения; низкое энергопотребление. Естественный минус - необходимость рассеивать пучок лазера (иначе будет захвачен слишком маленький участок поверхности). Как следствие, происходит увеличение стоимости конечного продукта за счет установки дополнительных линз.

Интерфейсы подключения компьютерной мыши. Интерфейс подключения это специальный разъем ЭВМ обеспечивающий подключение и передачу данных от мыши к контроллеру и далее к процессору. В хронологической последовательности использовались следующие интерфейсы: LPT, COM, PS/2, USB, Bluetooth и т.д. У проводной мыши информация с датчиков положения передается в ЭВМ по проводу, на интерфейс подключения. В беспроводных устройствах интерфейсы подключения остаются теми же — PS/2, COM, LPT, USB но к ним подключается только ответная часть (приемник или приемопередающее устройство), данные от мыши передаются с помощью радиоканала или инфракрасных лучей.

Одним из числовых параметров мыши является частота интерфейса подключения, чем это значение больше, тем лучше (табл.8.5). Высокая частота опроса позволяет точнее позиционировать курсор при быстром перемещении мыши и высоком разрешении монитора. Такая ситуация наиболее часто встречается в компьютерных играх, видеомонтаже и т.д. Максимальная частота опроса порта зависит от его типа, используемой операционной системы и некоторых утилит, способных ее повысить.

250