Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 43 из 102)

Рисунок 6. Схематическое изображение линзы Люнеберга: 1—подложка; 2—планарный интегрально-оптический волновод; 3—область с показателем преломления, большим показателя преломления световедущего слоя; 4—световые потоки.

Рисунок 7. Схематическое изображение линзы Френеля: 1—подложка; 2—планарный интегрально-оптический волновод; 3—области различной ширины, отличающиеся от световедущего слоя волновода показателем преломления или коэффициентом затухания; 4— световые потоки.

203

Рисунок 8. Схема интегрально-оптического интерферометра Маха—Цандера: 1—подложка из электрооптического материала (типа LiNbO); 2 — канальные интегрально-оптические волноводы; 3 — Yразветвители; 4 —-электроды (расположены на поверхности подложки параллельно волноводам); 5— световые потоки.

Рисунок 9. Схема интегрально-оптического переключателя на связанных волноводах: 1—подложка из электрооптического материала;. 2 — канальные— интегрально-оптические волноводы; З— область связи (расстояние между волноводами в этой области соизмеримо с длиной волны оптического излучения); 4— электроды; 5 —световые потоки.

Рисунок 10. Схема интегрально-оптического переключателя, действие которого основано на эффекте полного внутреннего отражения: 1— подложка из электрооптического материала; 2—пересекающиеся канальные интегрально-оптические волноводы; 3 — электроды; 4-световые потоки.

Рисунок 11. Схема интегрального акустооптического дефлектора: 1 — подложка; 2—планарный интегральнооптический волновод; 3—встречно— штыревая система электродов; 4 — поверхностная акустическая волна; 5 — световые потоки.

Рисунок 12. Схема интегрально-оптического усилителя — ретранслятора: 1 — входной интегрально-оптический волновод; 2 — выходной волновод 3 — полосковый электрод; 4— область с инверсной населѐнностью уровней; 5 — полупроводниковая подложка; 6 — вход-ной световой сигнал; 7 — выходной световой сигнал.

Рисунок 13. Схема интегрально-оптического фотодиода: 1— кремниевая подложка; 2 — фоточувствительная область; 3 — плѐночный стеклянный волновод; 4 — металлические контакты; 5 — световые потоки.

203

1.18. ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Элементы индикации устройств отображения информации.

Известно, что 80% всей информации человек воспринимает органами зрения. Поэтому визуальному восприятию информации уделяется первостепенное внимание. Отсюда следует, что современные индикаторы должны обеспечивать уверенное считывание информации в условиях сильной и слабой освещѐнности, обладать высокой яркостью и контрастом, иметь высокую чувствительность к управляющим сигналам, малую потребляемую мощность, высокую долговечность и надѐжность. Индикаторы должны работать в широком диапазоне температур окружающей среды, выдерживать воздействие различных механических нагрузок.

Развитие систем автоматического сбора и обработки информации, систем программного управления, телеметрии, вычислительной техники и других регистрирующих устройств привело к созданию широкой номенклатуры различных типов приборов, воспроизводящих информацию в удобной для зрительного восприятия форме.

В радиоэлектронной аппаратуре большое распространение получили электронные индикаторы. Они представляют собой наиболее эффективный и перспективный класс приборов электронной техники, предназначены для преобразования электрических сигналов в видимое изображение, создаваемое одним или совокупностью дискретных элементов. Информация отображается в виде букв, цифр, графиков, символов и т.п.

Воспроизведение информации

Способы получения цифр, букв и других знаков разнообразны, однако все они должны удовлетворять требованиям, относящимся к геометрическим размерам, начертанию, светотехническим параметрам, расположению в пространстве.

Скорость и точность опознания цифр зависит от их формы. Буквы и цифры образованные прямыми линиями, опознаются быстрее и точнее знаков, для начертания которых использованы криволинейные элементы. Чем более сложную комбинацию прямолинейных и криволинейных элементов имеет цифра или буква, тем труднее она опознаѐтся.

Скорость и безошибочность считывания информации определяется, в частности, яркостью свечения индикатора, расстоянием от индикатора до наблюдателя, внешней освещѐнностью. Для безошибочного считывания необходимо определѐнное сочетание перечисленных факторов, отклонение от которого ведут к появлению ошибок. Возможные ошибки, связанные с высвечиванием лишнего сегмента, не входящего в состав отображаемого знака, появлением «лишних» сегментов или одновременном отсутствием части сегментов.

Идентификация цифр и букв зависит от их размеров, внешней освещѐнности, величины контраста по отношению к фону. Так, например, при освещѐнности 20…100 лк белые знаки с относительно малым угловым размером 6..9' на тѐмном фоне опознаются быстрее и точнее, чем тѐмные знаки с большим угловым размером (35') на белом фоне.

Определить удобный для наблюдения на больших расстояниях размер цифр и букв можно, пользуясь формулой:

h0,005D

где h – высота цифры (буквы), мм;

D – дистанция наблюдения, мм;

Воспроизводить десять арабских цифр можно с помощью пяти, шести, семи и более сегментных индикаторов, сегменты которых имеют прямолинейную и криволинейную конфигурацию. Применение пятисегментных индикаторов позволяют упростить коммутационное устройство управления, снизить потребляемую мощность. При одиночной ошибке в канале управления семисегментным индикатором, вызывающей погасание одного рабочего сегмента, или зажигания одного нерабочего сегмента, может образоваться конфигурация, отображающая ложный символ. Использование девяти сегментных индикаторов увеличивает достоверность за счѐт наглядности обнаружения одиночной ошибки, но ведѐт к повышению потребляемой мощности и усложнению схемы управления. Таким образом для каждого случая необходимо анализировать все достоинства и недостатки различных типов индикаторов.

Основные параметры индикаторов

Яркость определяется силой света, излучаемой единицей поверхности. Чувствительность глаза при изменениях уровня яркости не остаѐтся постоянной. Как высокий, так и низкий уровни яркости утомляют наблюдателя. Яркость свечения отдельных элементов изображений создаваемого индикатором, должна быть по возможности одинакова. Интересно, что глаз плохо чувствует неравномерность свечения больших площадей, если эта неравномерность не «бросается в глаза». Однако резкие изменения яркости на малых площадях глаз фиксирует хорошо: так, например, в центре экрана кинескопа глаз может различить одну тѐмную точку на 10⁶ светящихся. Яркость элемента изображения В и его освещѐнность Е связаны соотношением:

В

E

где ρ – коэффициент отражения поверхности.

В затемнѐнных помещениях при низких уровнях внешней засветки достаточно иметь яркость 30…70 кд/м². мелкие детали изображения хорошо различаются при яркости около 100 кд/м². Для удобства восприятия подвижных быстроменяющихся изображений надо иметь яркость 300 кд/м² и более.

Контраст является отношением разности яркостей изображения и фона к яркости фона. Возможность выделения объекта на фоне определяется контрастной чувствительностью. Она наиболее высока к чѐрно-белым и чѐрно-жѐлтым цветовым сочетаниям.

Яркостный контраст для знаков более тѐмных чем фон (прямой контраст) определяется соотношением:

K_пр100%

B_ф

где B_ф – яркость фона; B_o – яркость знака. Для знаков светлее фона яркостный контраст (обратный контраст) определяется как:

K_обр100%

B_о

Знак не различим, если контраст знака и фона меньше значения, называемого пороговым контрастом. Пороговый контраст для знаков с угловым размером 60′ и яркостью около 100 кд/м² составляет 0,015…0,02. Значения:

K ≤ 0,2 – малый контраст; 0,2 < K < 0,5 – средний контраст; K > 0,5 – высокий контраст.

Повысить контраст можно, создавая искусственный фон или подсвечивая фон.

Угол обзора определяет удобство применения индикатора в устройствах отображения информации и является совокупностью углов наблюдения, при которых обеспечивается безошибочное считывание воспроизводимой индикатором информации. Под углом наблюдения понимается угол между направлением наблюдения и нормалью к плоскости знакоместа индикации. На величину угла наблюдения влияют многие факторы: конструктивное выполнение индикатора, уровень внешней освещѐнности, расстояние наблюдения и т.п. Для каждого сочетания этих факторов существуют углы наблюдения, при которых обеспечивается безошибочное считывание информации. Максимальную величину такого угла наблюдения называют оптимальным углом обзора.

Цвет характеризуется тремя параметрами: яркостью, цветовым тоном и насыщенностью. Яркость цвета определяется величиной светового потока, излучаемого в заданном направлении единицей площади поверхности в пределах единичного телесного угла. Цветовой тон (оттенок) цвета – свойство цвета, позволяющее определить данный цвет как красный, зелѐный и т.п. Он характеризуется длиной волны светового излучения. Насыщенность – степень свободы цвета от примеси белого цвета. В индикаторах обычно не удаѐтся добиться узкого спектра излучения. В одноцветных индикаторах желательно, чтобы максимум спектра излучения совпадал с максимальной чувствительностью глаза, но источник света с не слишком узкой полосой спектра излучения более приятен для наблюдения, чем узкополосный. В индикаторах с цветовым кодированием информации узкая полоса излучения также нежелательна, так как при использовании узкополосных источников наблюдатель, переводя взгляд с одного поля на другое, может увидеть изображение в дополнительном цвете.